1.5 Опис лабораторної установки

Для проведення дослідження каскаду підсилення використовується макет каскаду на біполярному і польовому транзисторах, генератор звукової частоти Г3-56/1, вольтметр типу В3-2А й осцилограф типу С1-72.

Рисунок 1.4 – Структурна схема лабораторної установки

1.6 Завдання та порядок виконання роботи

1. Скласти схему лабораторної установки (рис. 1.4), підключивши до входу вибраного каскаду генератор, а до виходу - вольтметр і осцилограф.

2. Зняти залежність вихідної напруги від частоти при постійній вхідній напрузі U_вх = 100 мВ (для ПТ), U_вх = 20 мВ (для БТ). Для кожного значення частоти f обчислити коефіцієнт підсилення K(f) = U_вих(f)/U_вх. Результати вимірів і обчислень занести в таблицю.

3. Виміряти розмір вхідного опору каскаду на ПТ на частоті 1 кГц, на БТ - на частотах 0,5,1,5,10,20 кГц.

4. За результатами п.2 розрахувати нормовану АЧХ і оцінити ефектив-ність посилення каскаду. Результати обчислень занести в таблицю.

5. Побудувати графік нормованої АЧХ у логарифмічному масштабі за результатами розрахунку та експерименту, визначити смуги пропускання каскаду на рівні -3дБ, порівняти отримані результати.

1.7 Зміст звіту.

Звіт про лабораторну роботу повинний містити: перелік типів застосовуваних приладів; схеми принципові електричні досліджуваних каскадів із указівкою типів і розмірів елементів схем; результати експерименту: розрахунки, таблиці, напруги; висновки і рекомендації, критичну оцінку отриманих результатів.

1.8 Контрольні запитання та завдання

1. Наведіть схему резисторного каскаду на біполярному транзисторі з СЕ. Вказати порядок розрахунку елементів схеми.

2. Наведіть схему резисторного каскаду на польовому транзисторі з СВ. Вказати порядок розрахунку елементів схеми.

3. Поясніть впливємності та опору навантаження, опору колектора (стоку), розділювальної ємності на АЧХ каскадів.

4. Які схеми вмикання резисторів ви знаєте? Наведіть типові схеми підсилювальних каскадів.

5. Назвіть малосигнальні параметри транзисторів.

6. Назвіть параметри транзисторів для великих сигналів.

7. Назвіть основний метод підвищення температурної стабільності.

8. Яка відмінність у керуванні активними елементами підсилювальних каскадів на біполярних і польових транзисторах?

9. У багатокаскадних підсилювачах для стабілізації статичного стану віддається перевага НЗЗ за постійним струмом, що охоплює цілком весь підсилювач. Чому?

10. Чим пояснюється зменшення вхідного опору транзисторів із підвищенням частоти вхідного сигналу?

11. Пояснити процес побудови динамічних характеристик за постійним і змінним струмом.

2 Дослідження диференційного каскаду підсилення

2.1 Мета роботи

Дослідження основних якісних показників підсилювача постійного струму (ППС) – диференційного каскаду.

2.2 Програма роботи

1. Вивчити самостійно розділ “Основи схемотехніки аналогових ІМС” [1, с. 152…162] та “Кола забезпечення режиму підсилювальних елементів за постійним струмом” посібника [1, с.54…70] або за конспектом лекцій.

2. В процесі аналізу результатів роботи оцінити отримані дані з точки зору практичної реалізації та техніко-економічні показники схеми, вказати шляхи підвищення показників.

2.3 Підготовка до виконання роботи

1. Вивчити мету, програму та порядок виконання роботи, загальні методичні вказівки, інструкцію з правил і заходів безпеки під час роботи.

2. Підготувати бланк звіту, в який внести мету роботи, індивідуальне завдання та схеми дослідження каскадів.

3. Продумати відповіді на контрольні запитання.

2.4 Загальні відомості та методика дослідження

Ескіз схеми диференційного каскаду, що досліджується, наведено на рис.2.1. Диференційний каскад – паралельно-балансний ППС з двома входами, призначений для підсилення сигналу, пропорційному різниці потенціалів входів. Він містить два ідентичні транзистори, однакові елементи зв`язку R1, R2 у колекторних колах і резистор R_еабо генератор стабільного струму (ГСС) в колі емітера. Для подавлення синфазної завади, що діє на плечі ДК, використовують принцип збалансованого моста: R1, R2 та внутрішні опори R_тртранзисторів VT1, VT2. До однієї його діагоналі БЕ вмикають біполярне джерело Е_к/Е_е, а з іншої U_вих1U_вих2– знімають вихідну напругу, симетричну відносно корпуса.

Рисунок. 2.1 – Схема диференційного каскаду підсилення

Однакова за знаком та одночасна зміна струмів плечей – синфазна завада– не розбалансовує міст і вихідної напруги немає. Цей режим називається режимом підсилення синфазного сигналу. Для диференційного вхідного сигналу U_{вх диф} = (U_вх2 – U_вх1) міст розбалансований, так що на виході, між колекторами транзисторів, з`являється різницевий сигнал. У колі резистора R_епроходить постійний за рівнем струм I_е=(I_K1+∆I)+(I_K2–∆I)=2I_K, оскільки прирости ∆I струмів плечей мають протилежний знак, внаслідок чого резисторR_e не є елементом Н33 і тому підсилення диференційного сигналу не зменшується.

Біполярне джерело створює відносно корпуса нульову напругу спокою баз, завдяки чому в підсилювачі змінного струму не потрібні роздільні конденсатори.

Напруга між колекторами транзисторів U_{вих.диф}=±(K₁+K₂)(U_вх2–U_вх1) називається диференційною. Іноді доцільно знімати напругу від одного з колекторів. Тоді U_вих2=K₂(U_вх1-U_вх2)+(K₂-K₁) U_вх2 , де перший доданок – корисний ефект підсилення, другий – синфазна завада. Отже, К₂– коефіцієнт передачі диференційного сигналу (далі К_д), а (К₂– К₁) – синфазної завади. Відношення К₂/(К₂–К₁) називається коефіцієнтом подавлення синфазного сигналу, тобто завади (далі К_п). Для подавлення синфазної завади дуже корисний великий опір резистора R_еабо ГСС, котрі створюють глибокий Н33 Z-типу лише для завади і не порушує режим плечей ДК.

Відрізняють вхідний опір для синфазної завади R_{вх сф}(між з`єднаними базами та корпусом) та вхідний опір для диференційного сигналу R_вхдиф(між базами транзисторів).

Ще один параметр – динамічний діапазон Д – характеризує відношення максимальної та мінімальної напруги вхідних сигналів (у дБ).

Диференційний каскад, що досліджується в роботі, містить замість резистора R_егенератор стабільного струму ГСС (з великим опором змінного та малим опором постійного струму), а також елементи завдання статичного режиму R_б1, R_б2, джерела вхідних сигналів з внутрішніми опорами R_вн1, R_вн2.

Схема дослідження такого диференційного каскаду підсилення наведена на рис. 2.2.