Описание лабораторного макета.

Схема макета (см. рисунок 9) позволяет исследовать свойства усилительных каскадов, в которых транзистор включается по схеме с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Переключение схемы производится шунтированием эмиттерного(R8) или коллекторного(R6) резисторов конденсатором С3 переключаемым с помощью П2. В схеме ОЭ предусмотрено введение последовательной отрицательной обратной связи по напряжению путем введения в эмиттерную цепь усилителя резистораR7 (шунтированиеR7конденсатором С2 ликвидирует эту связь). Схема содержит также набор нагрузочных резисторовR9-R11 и“паразитных”конденсаторов С6-С7, а также – набор переходных конденсаторов С4-С5, которые коммутируются , соответственно, переключателями П4, П5 и П3. На входе усилителя имеется набор резисторовR1-R3, переключаемых с помощью П1, которые необходимы при измерении входных сопротивлений усилителей.

ЗАДАНИЕ

Изучение каскада усилителя с общим эмиттером оэ

1)Снимите и постройте графически амплитудную характеристику усилительного каскада, построенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ)Uвых = Y(Uвх) на частоте входного сигналаf=1000гц. Для этого необходимо подключить к гнезду Г1 низкочастотный генератор гармонического напряжения, к гнезду Г4 –второй канал двухканального осциллографа, а к гнездам Г2 и Г3 и - вольтметры. Переключатели установить в позиции:

П1-в нижнее по схеме(0), П2-в поз. ОЭ, П3-в поз. 5мкф, П4-в поз. Х.Х., П5-в поз.1н. Ключ К1 устанавливать:

а)при измерении без обратной связи – в замкнутое состояние(1).

б)при измерении с отрицательной обратной связью по току –в разомкнутое состояние(0).

Для удобства снятия амплитудных характеристик можно рекомендовать следующий порядок:Выберите амплитуду входного сигнала такой, чтоб в выходном сигнале усилителя начали появляться искажения сигнала(подрезания вершин синусоиды). Запишите показания входного и выходного вольтметров- это будет первая(максимальная) точка характеристики. Далее, уменьшая каждый раз уровень входного сигнала вдвое (до тех пор, пока не перестанут изменяться показания выходного вольтметра), снимайте показания.

2) Снимите и постройте амплитудо-частотную характеристику (АЧХ) усилителя (ОЭ)

К=К(f), где К=Uвых/Uвх

а) Без обратной связи(К1 замкнут) и двух вариантах положений переключателей:1) П2(ОЭ), П4-10к, П3-5,6мкф, П5-1н.;2) П2(ОЭ), П4-10к, П3-1мкф, П5-5,6н.

б) С отрицательной обратной связью (К1 разомкнут-0) и положениях переключателей : П2(ОЭ), П4-10к, П3-5,6мкф, П5-1н. Частоту генератора изменяйте от 20Гц до 200кГц. Постройте АЧХ откладывая частоту по оси абсцисс в логарифмическом масштабе.

Для удобства можно рекомендовать следующий порядок работы:установите частоту входного сигнала 1000Гц и выберите его амплитуду в каждом случае (с обратной связью и без нее) такой, чтобы она была кратна 1( 1В, 100мВ, 10мВ – это делать не обязательно, но при таком выборе в дальнейшем при расчете коэффициента передачи упростится сам расчет), а выходной сигнал был достаточно большой амплитуды , но при этом имел неискаженную(с запасом) форму. Далее, не меняя амплитуду входного сигнала , можно производить рабочие измерения изменяя частоту генератора и останавливаясь лишь на тех частотных точках, на которых показания вольтметра отличаются примерно на 1/10 от максимального.

3)Снимите и постройте графически фазо-частотную характеристику (ФЧХ) усилителяj=j(f) без обратной связи и одним из двух ранее применявшихся набором позиций переключателей. При этом первый канал осциллографа ( ранее свободный) необходимо подключить к гнезду Г2. Входное напряжение устанавливается равным половине входного напряжения, при котором происходит ограничение выходного сигнала с двух сторон. Чувствительность осциллографического канала, подключенного ко входу усилителя установить такой, чтобы две осциллограммы на экране были соизмеримы по амплитуде. Осциллограммы, кроме того, надо отцентрировать по вертикали относительно одной (центральной) горизонтальной линии. Изменяя частоту в тех же пределах, что и при снятии АЧХ , измерьте сдвиг фазjмеждуUвых иUвх по их осциллограммам на экране. При этом переключатель вида синхронизации должен находиться в положении “внутрI”, а переключатель полярности в положении “+”. Для измерения сдвига фаз между выходным и входным напряжениями нужно с помощью переключателя длительности развертки “V/дел” и ручек “” регулировки величины вертикального отклонения лучей обоих каналов получите на экране осциллографа по одному периоду входного и выходного сигнала (рис.21) одинакового размаха колебаний около пяти делений. Фазовый сдвиг рассчитывается по формуле:j = (L2 / L1) 360⁰ ,

где L1 –период опорного сигнала в делениях шкалы,L2 – сдвиг двух синусоид во времени измеренном в делениях горизонтальной шкалы.

4).Измерьте входное сопротивление усилителя (ОЭ) без обратной связи(К1-1- замкнут) и одним из двух ранее применявшихся набором позиций переключателей. Выставьте входной сигнал частотой 1000Гц и амплитудой, не вызывающей искажений выходного сигнала. Измерьте по осциллограмме уровень входного сигнала (Г1) и запишите его . Затем изменяйте положение переключателя П1 (до этого он находился в позиции 0) так, чтобы уровень входного сигнала заметно изменился. Измерьте новый уровень и пользуясь нижеприведенной формулой, рассчитайтеRвх.

Rвх=R, гдеR- входной резистор установленный переключателем П1, аU1 иU2—напряжения входного сигнала , соответственно, до и после подключения ко входу дополнительного резистора.

Проведите такие же измерения Rвх при включенной обратной связи(К1-в поз.0).

5) Измерьте выходное сопротивление усилителя(ОЭ) без обратной связи. Позиции переключателей:

П1-0, К1-1, П2-ОЭ, П3-1мкф, П4-Х.Х., П5-1н. Выставьте входной сигнал частотой 1000Гц так, чтобы уровень выходного сигнала U1 был небольшим (0,1-1В). Затем переключателем П4 установите такую нагрузку для усилителя, чтобы выходной сигналU2заметно изменился. ДалееRвых рассчитываем по формуле: Rвых=R, гдеR—сопротивление выбранной нагрузки.Ключ К1 разомкните (0) и измерьтевыходное сопротивление усилителя с обратной связьюпо той же методике.

Изучение каскада с общим коллектором (ОК)

6)Снять амплитудную характеристику каскада ОК при соблюдении установок п.1, кроме П2-поставить в позицию ОК. 7)Снять амплитудно-частотную характеристику(АЧХ): К=К(f), где К=Uвых/Uвх ;

каскада ОК при установках п.2-б.

8)Снять фазо-частотную характеристику каскада ОК при установках п.3. 9)Измерить Rвх при условиях п.4 иRвых –при условии п.5(К1-в поз. 0).

Контрольные вопросы

1)Какую роль выполняет транзистор в усилителе?Как связан ток коллектора с током базы?2)Начертите схему усилительных каскадов ОЭ и ОК и объясните назначение всех элементов схемы.

3) Влиянием каких элементов схемы пренебрегают при составлении эквивалентной схемы усилительного каскада? Изобразите эту схему.

4) Что называется динамическим диапазоном усилителя и по какой характеристике его можно определить? Чем ограничен динамический диапазон?

5) Какие причины вызывают появление в усилителе нелинейных и частотных искажений?6) Как объяснить постоянные сдвиги фазы между входным и выходным напряжениями на средних частотах , а также дополнительные фазовые сдвиги на границах полосы пропускания в каскадах усиления с ОЭ и ОК?

7)Как рассчитать емкость конденсатораCэ,шунтирующего сопротивлениеRэв полосе частот усиливаемого сигнала?

8) Как влияет величина емкости разделительных конденсаторов на форму АЧХ? В какой области частот?

9)Почему в области средних частот АЧХ транзисторного каскада параллельна оси частот?

10) Как объяснить завал АЧХ на верхних частотах?

11) Напишите общую формулу для коэффициента усиления усилителя с ООС (отрицательной обратной связью), с ПОС (положительной обратной связью).

12) Какие характеристики усилителя меняются при введении ООС?

13)Как изменяются входноеRвхи выходноеRвыхсопротивления усилителей ОЭ и ОК от введения отрицательной обратной связи?

14) Поясните область применения каскада с ОК.

ЛИТЕРАТУРА

1.Ушаков В.Н. “Основы радиоэлектроники и радиотехнические устройства” , 1979.

2.Герасимов В.Г.(ред.) “Основы промышленной электроники”,1986.