Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

4. Настроить аналого-цифровой преобразователь, установив частоту отсчетов 1 МГц и длину записи 5000.

5. Включить генератор сигналов, выбрать синусоидальный сигнал с амплитудой 200 мВ и частотой 1кГц, смещение 0, фаза 0.

6. Включить оба канала осциллографа. Канал 1 соответствует вхо-

ду усилителя, канал 2 – выходу. Для первого канала установить чувствительность 2 В, а для второго – 8 В. Оба

канала переключить в режим АС, при котором отображается только переменная составляющая сигнала.

7. В окне «Источник запуска» выбрать «Генератор», а в окне «Ре-

жим запуска» – «Возрастание».

8. По наличию осциллограмм входного и выходного сигнала убе-

диться в работоспособности собранной установки.

9. Во вкладке «Шкала» ВП «Осциллограф» задать нижние и верхпределы осей и единицы измерения таким образом, чтобы на

ние экране отображалось два периода сигнала и размеры изображения выходного сигнала были максимально возможными. Далее канал 1 следует отключить.

10. Подать на вход усилителя гармонический сигнал с амплитудой 0,2 В. Для двух положений переключателя SA3 снять и сохранить в отчете осциллограмму выходного сигнала

усилителя, спектр выходного

сигнала и коэффициент гармоник. Спектры строить в диапазоне частот

0...10 кГц. Число гармоник, учитываемых при расчете коэффициента

гармоник, – 10. По результатам измерений определить транзистор, комплементарный транзистору VT1. Далее работать с этим транзистором.

11. В усилителе без ООС установить уровень входного сигнала, при котором коэффициент гармоник будет лежать в пределе 2…3 %.

Измерить выходное напряжение, соответствующее этому коэффициенту гармоник, и рассчитать выходную мощность. Полученный уровень искажений и выходное напряжение принять за

номинальные значения.

12. В усилителе с ООС установить тот же уровень выходного напряжения, что и в п. 11, и измерить его коэффициент гармоник. Сравнить полученную величину коэффициента гармоник с предыдущим значением.

13. В усилителе с ООС, изменяя уровень входного сигнала, обеспечить такой же коэффициент гармоник, как в схеме без ОС. Сравнить уровни

выходного напряжения схем с ООС и без нее.

14. Переключателем SA3 вместо комплементарного транзистора включить некомплементарный. Измерить коэффициент гармоник

выходного напряжения для усилителя с ООС и без ООС. При проведе-





нии измерений уровень выходного сигнала поддерживать равным номинальному

(см. п. 11).

15. Вернуться к исходной схеме (комплементарный транзистор,

ООС отсутствует, нагрузка усилителя 17,2 Ом). Убрать подачу смещения на транзисторы (SA2 – замкнут). Измерить коэффициент гармоник выходного напряжения для усилителя с ООС и без ООС

нии измерений уровень выходного сигнала поддерживать минальному

. В отчете зафиксировать соответствующие осциллограм-

. При проведе-

равным но-

мы выходного сигнала и его спектры.

16. Вернуться к исходной схеме, установить номинальный режим.

В усилителе с ООС и без ООС измерить уровни напряжения на нагрузках

17,2R  Ом и

н1

н2

8,6R

Ом. По полученным данным рас-

считать выходное сопротивление усилителя с ООС и без ООС:

1 UU





вых н1

UU RR

н1 н2 н1 н2

U и н2U – напряжения, соответствующие сопротивлениям

где нагрузки

нагрузке

н1

При проведении измерений напряжение на

н2

17,2 Ом поддерживать равным номинальному.

н1 н2



17. В номинальном режиме работы усилителя определить коэффи-

циенты передачи нагрузки 17,2 и 8,6 Ом. Для этого использовать вход X3

выходного каскада усилителя для сопротивлений

18. Вернуться к исходной схеме и установить номинальный режим. Используя измеритель АЧХ, снять нормированные АЧХ усилителя при двух положениях переключателя SA4. Определить частоты среза, полученные АЧХ при замкнутом и разомкнутом переключателе SA4 зафиксировать в отчете. Измерение АЧХ проводить в диапазоне от 10 Гц до 150 кГц, число точек АЧХ – 200.

19. При наличии разделительного конденсатора

, включенной ООС

и работе усилителя в номинальном режиме снять нормированную АЧХ при сопротивлении нагрузки 17,2 Ом. Определить частоты среза, полученную АЧХ зафиксировать в отчете. Измерение АЧХ проводить в диапазоне от 10 Гц до 150 кГц, число точек АЧХ – 200.

20. Результаты проведенных измерений свести в таблицу и предъявить преподавателю.

Экспериментальные данные

Номер

пункта

(содержание) Параметр

10 Определение комплементарного транзи-

стора

11 Определение номинальных уровня сиг-

нала и коэффициента гармоник

12 Определение коэффициента гармоник

при OOC и номинальном уровне сигнала

13 Определение уровня выходного напря-

жения при ООС и номинальном коэффициенте гармоник

14 Определение искажений при некомпле-

ментарном транзисторе

15 Определение искажений в отсутствие

смещения

16 Определение выходного сопротивления R

17 Коэффициент передачи при нагрузке

8,6 Ом Коэффициент передачи при нагрузке

17,2 Ом

Без

ООСС ООС

kг, % (VT2)

, % (VT3)

, В

вых

, %

kг, %

, В

вых

kг, %

, Ом

вых

18 Снятие АЧХ в отсутствие ООС, пере-

ключатель SA4 замкнут Снятие АЧХ в отсутствие ООС, пере-

ключатель SA4 разомкнут

19 Снятие АЧХ при ООС, переключатель

SA4 разомкнут

fн, Гц

, кГц

, Гц

, кГц

fн, Гц

, кГц

21. Сделать выводы по работе, объясняющие влияние ООС и параметров элементов схемы на нелинейные искажения, выходное сопротивление и вид амплитудно-частотной характеристики.

7.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите и охарактеризуйте известные вам режимы работы усилительных элементов.

2. Перечислите преимущества и недостатки бестрансформаторного выходного каскада по сравнению с трансформаторным.

3. Поясните назначение элементов схемы исследованного в работе усилителя.

4. Перечислите основные достоинства и недостатки режима работы класса

B по сравнению с режимом A.

5. При каких условиях мощность рассеяния на коллекторах транзисторов получается наибольшей в режимах

A и B?

6. Почему режимы с отсечкой тока не применяются в обычных апериодических усилителях?

7. От чего зависит КПД выходных каскадов усилителя?

8. Что такое нелинейные искажения? В чем их отличие от линейных?

9. Какими параметрами характеризуются нелинейные искажения? Как их можно измерить?

10. Что характеризует и от чего зависит выходное сопротивление

усилителя?

11.

Как влияет отрицательная обратная связь на параметры мощных усилителей (полоса пропускания, нелинейные искажения, выходное сопротивление)?

12. Каким образом в бестрансформаторных усилителях мощности

происходит температурная стабилизация рабочей точки?

8. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДЕОУСИЛИТЕЛЯ

(РАБОТА № 4)

Цель работы

схемы; научиться по форме АЧХ и переходной характеристике оценивать относительную устойчивость схемы; исследовать влияние входной емкости ОУ и емкости нагрузки на относительную устойчивость операционной схемы.

8.1. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Видеоусилитель собран на ОУ TL081CP (рис. 8.1). ОУ охвачен последовательной отрицательной ОС по напряжению. Элементами цепи ОC являются резисторы R1 и R3(R4).

Путем коммутации резисторов R3(R4) при помощи переключателя SA3 можно установить коэффициент усиления усилителя 1 или 10. Резистор R2 выполняет токовую балансировку схемы, т. е. уменьшает токовую составляющую входной статической погрешности (ВСП).

Активной нагрузкой видеоусилителя служит резистор (коммутируются переключателем SA5). При помощи переключате-

ля SA6 параллельно резистору тор

С , добавляя тем самым величину емкостной составляющей

нагрузки. Конденсатор уменьшает влияние емкости нагрузки на устойчивость видеоусилите-

ля. Напряжение, подаваемое на резистор R5, служит для компенсации потенциальной составляющей ВСП.

: изучить поведение ОУ при изменении параметров

или

н1

(

н1

С и резистор R6 образуют цепь, которая

комп.н

) можно подключать конденса-

н2

Рис. 8.1. Принципиальная схема лабораторного макета № 4 «Видеоусилитель»

Конденсатор



, подключаемый переключателем SA1, увеличи-

вх

вает входную емкость ОУ, моделируя, например, паразитные емкости монтажа, емкость кабеля от источника сигнала и т. д. Для компенсации

нежелательного влияния переключателем SA2 вводится конденсатор

С на устойчивость усилителя в цепь ОС

вх

С .

комп.вх

8.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Активная полоса частот ОУ – полоса частот, в пределах которой

коэффициент усиления ОУ превышает единицу.

Запас устойчивости по фазе – удаленность годографа петлевого

усиления по дуге единичного радиуса от критической точки. Определяется углом Ф

между положительным направлением действитель-

ной оси и лучом, проведенным через начало координат, и точкой пересечения годографа с окружностью единичного радиуса.

Относительная устойчивость схемы – удаленность схемы от не-

устойчивого состояния. Количественно относительная устойчивость оценивается запасом устойчивости по фазе Ф

Операционная схема – ОУ с внешними элементами.

Перерегулирование

– отношение первого выброса на переходной характеристике ОУ с ОС к установившемуся значению выходного напряжения.

Петлевое усиление – усиление вдоль разомкнутой петли обратной

связи (ОС).

Полная частотная коррекция – такое изменение формы АЧХ ОУ,

когда она имеет спад 20 дБ/дек, по крайней мере, в активной полосе частот.

Порядок операционной схемы

ния передаточной функции петлевого усиления

Резонансный пик

– отношение максимума на АЧХ ОУ с ОС к

– порядок характеристического уравне-

(возвратного отношения).

коэффициенту усиления ОУ с ОС на средней частоте.

Общие сведения

Отличительная особенность видеоусилителя – широкая полоса пропускания. Реализация такого усилителя на ОУ значительно проще, чем на дискретных элементах, при этом получается выигрыш в габаритах, массе, надежности и стабильности параметров.

ОУ – это устройство, изначально предназначенное для работы с





обратными связями (ОС). Причем в подавляющем большинстве случаев эта связь отрицательная (ООС), но, строго говоря, ОС сохраняет свой знак (остается отрицательной) только в области частот, прилегающей к нулевой частоте. С повышением частоты за счет фазовых сдвигов, вносимых ОУ и частотно-зависимыми

элементами, связь может перейти в положительную. Если при этом усиление вдоль разомкнутой петли ОС (петлевое усиление) будет больше единицы или равно ей, то произойдет самовозбуждение усилителя, т. е. усилитель превратится в генератор незатухающих колебаний. Он не будет реагировать на входной сигнал, т. е. перестанет выполнять свою прямую функцию – усиливать сигналы, подаваемые на вход. Это худший вариант. Однако если даже усилитель и не возбудился на верхних частотах, но близок к неустойчивому состоянию, то это может привести к недопустимо большим искажениям АЧХ в области верхних частот и переходной характеристики в области малых времен. На АЧХ появится

подъем ходной характеристике – выброс (перерегулирование)

(рис. 8.2, а), называемый резонансным пиком

, а на пере-

(рис. 8.2, б).

20lg



utU

вых вых

()/

Рис. 8.2. Косвенные признаки относительной устойчивости:

– резонансный пик (а);  – перерегулирование (б)

Резонансный пик обычно оценивается в децибелах, а перерегули-

рование – в процентах.

и  – это характеристики линейной схемы,

поэтому амплитуду входного сигнала (синусоидального и прямоуголь-

ного) надо выбирать такой, чтобы ОУ с ОС работал в линейном режиме. В противном случае

возникнут искажения результатов за счет не-

линейности ОУ.

Как объяснить появление подъема АЧХ в области верхних частот (резонансный пик) и выброса на переходной характеристике в области малых времен (перерегулирование)? Такая форма АЧХ и ПХ может иметь место только при условии, что порядок операционной схемы не ниже второго. Что такое порядок

операционной схемы? Это порядок передаточной функции вдоль разомкнутой петли обратной связи,

Рис. 8.3. АЧХ операционной схемы

второго порядка

т. е. порядок петлевого усиления

B(p)K(p). Пусть мы имеем дело с операционной схемой второго поряд-

ка. В этом случае зависимость |

B(p)K(p)| будет иметь два излома

(рис. 8.3) и данная схема будет вести себя как колебательный контур. Поэтому для количественного описания поведения такой схемы применяют те же параметры, что и для колебательного контура: собствен-

ную частоту

 ; резонансную частоту р ; коэффициент затухания k

и т. д. Понятно, что эти параметры зависят как от параметров ОУ без ОС, так и от параметров цепи ОС. Наиболее важен из них коэффициент затухания, он определяет поведение АЧХ и ПХ (рис. 8.4).

Резонансный максимум М

0 < k < 0,707

0 1 0,707

Апериодический

переходной процесс

k > 1

Граница

устойчивости

k = 0

Рис. 8.4. Характерные значения коэффициента затухания k

Затухающие колебания,

0 < k < 1

перерегулирование

Граница

апериодичности

k = 1

При k >1 переходной процесс в усилителе будет устанавливаться

по апериодическому закону. Перерегулирование ПХ σ и резонансный

пик АЧХ





ристика будет иметь вид затухающей синусоиды (см. рис. 8.2,

будут отсутствовать. При 0 < k < 1 переходная характе-

б). Чем

меньше коэффициент затухания (чем больше добротность), тем больше перерегулирование

и тем медленнее затухают колебания.

То же самое можно сказать и о резонансном пике, он будет иметь

место только при 0 <

k < 0,707 (при 1Q  ). При k = 0 рМ

 и  =

= 100 %, т. е. происходит самовозбуждение усилителя.

Между запасом устойчивости по фазе

и  есть связь (соответ-

ствие) (табл. 8.1). Она делает возможным косвенное определение запаса устойчивости по фазе по экспериментально найденным

и  без

разрыва (размыкания) петли ОС и без исследования ее внутренней структуры.

Таким образом, воспользовавшись табл. 8.1, можно по эксперимен-

тально снятым Например, общепринятому запасу устойчивости по фазе

ответствуют фазе Ф

 ,

дит самовозбуждение усилителя. При

и  определить запас устойчивости по фазе.

2,5М

дБ и  = 25 %. При k = 0 запас устойчивости по

 и  = 100 %, т. е. (как уже отмечалось) происхо-

k > 0,949 и АЧХ, и переходная

 со-

характеристика имеют монотонный характер, запас устойчивости по фазе больше 75

Показатели относительной устойчивости операционной схемы

, т. е. схема надежно устойчива.

Таблица 8.1

второго порядка

Запас устойчивости по фазе, град.

65 0 4.7 0.697

45 2,3 23,3 0,42

30 5,7 41,6 0,269

0 ∞ 100 0

Резонансный

, дБ

пик М



Относительное

перерегулирование ,

0,0 0,949

Коэффициент

затухания k

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]