Электроника_Лаба

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С3; Спар = = С7, R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне

частот 20 кГц…200 кГц. Определить верхнюю граничную частоту (fгр) схе-

мы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)];

в) повторить измерение при Спар = С8.

7. Исследовать влияние обратной связи на свойства усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С2; С7 и С8 отключить. Подключить обратную связь R5–С4. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц. Определить нижнюю и верхнюю граничные частоты

(fгр) схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)].

8. Исследовать влияние нагрузки на частотные свойства усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С2; С7 и С8, а также обратную связь R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в крайнее левое положение;

б) измерить амплитудную характеристику схемы, изменяя значения

Uвx от 5 мВ до достижения заметных нелинейных искажений выходного сигнала.

Частоту входного сигнала выбрать в пределах 1…10 кГц. Определить Uлин max – максимальное значение входного сигнала, при котором график АХ не отклоняется от линейного;

в) повторить измерение при крайнем правом положении R6; г) измерить АЧХ схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц.

Содержание отчета:

1.Схемы соединения приборов при измерениях амплитудных и ампли- тудно-частотных характеристик.

2.Схема макета.

3.Результаты измерений и расчетов по пп. 2–8 (графики АХ, АЧХ, зна-

чения Uлин max и fгр). График АЧХ, измеренной для схемы п. 3, а следует сопоставлять отдельно с графиками АЧХ, снятыми во всех остальных случаях

(пп. 3, в; 4, б; 5, б; 6, б; 7, б; 8, г).

4. Выводы.

21

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Целью работы является исследование широкополосного импульсного усилителя с корректирующими цепями, позволяющими улучшить его ампли- тудно-частотную характеристику.

Основные положения. При усилении широкополосных сигналов (к ним относятся и импульсные, ширина спектра которых обратно пропорциональна длительности импульса) важной задачей является сохранение соотношений между амплитудами гармоник в спектре, а значит, и формы сигнала в функции времени. В частности, искажения формы прямоугольных видео-

импульсов характеризуют длитель-

ностью фронтов импульса (τф) и спадом его вершины (рис. 4.1). Длительность фронта, приобретаемого импульсом при прохождении через усилитель, обратно пропорциональна верхней граничной частоте ампли- тудно-частотной характеристики

усилителя τф = 0,35/fв.гр. Спад вершины импульса U в процентах от его

амплитуды Umax связан с нижней граничной частотой fн.гр, а также с длитель-

ностью импульса на входе усилителя (τи) формулой U/ Umax [%] = 628 τи

fн.гр. Очевидно, что во многих случаях необходимо откорректировать имею-

щуюся АЧХ, понизить fн.гр и увеличить fв.гр.

Коррекция (исправление) АЧХ усилителя осуществляется с помощью внесения в его схему дополнительных элементов.

Низкочастотная коррекция (НЧК) осуществляется разделением Rк –

коллекторного сопротивления (рис. 4.2) на два: Rк1 и Rк2. Средняя точка де-

лителя через емкость Cф соединяется с землей. На низких частотах Cф представляет собой большое сопротивление, и ее можно не учитывать при опре-

22

делении коэффициента усиления схемы, который определяется суммой сопротивлений в цепи коллектора и равен KU = S(Rк1 + Rк2). На высоких часто-

тах Cф превращается в короткое замыкание и шунтирует Rк2, поэтому коэф-

фициент усиления снижается и равен KU = SRк1.

Cф выполняет также функцию фильтра, не допускающего переменный сигнал в источник питания и через него – в другие каскады электронного устройства (именно поэтому емкость помечена индексом «ф»).

Высокочастотная коррекция осуществляется двумя различными спосо-

бами. Во-первых, последовательно с Rк ставят катушку индуктивности L

(рис. 4.3).

Такой способ называется индуктивной высокочастотной коррекцией (ИВЧК). В этом случае при любом значении индуктивности коэффициент усиления схемы возрастает с ростом частоты, так как

При более тонком подборе значения L можно «организовать» резонанс между индуктивностью и паразитной емкостью на частоте, при которой начинается спад АЧХ. Настройка схемы очень сложна, так как значение паразитной емкости изменяется при касании элементов руками, паяльником или пинцетом.

23

Резонансный контур должен быть параллельным, что в действительности имеет место и может быть объяснено с помощью эквивалентной схемы каскада по переменному току (рис. 4.4). Недостатком ИВЧК является наличие в схеме элемента, габариты которого за-

метно крупнее остальных, а именно катушки индуктивности.

Второй способ высокочастотной коррекции – эмиттерная (ЭВЧК) не предусматривает введение в схему (схема некорректированного усилителя изображена на рис. 2.1) дополнительных элементов. При этом существенно

уменьшается значение емкости Cэ. Независимо от своего значения эта ем-

кость не шунтирует Rэ на инфранизких частотах температурного дрейфа, по-

этому механизм термостабилизации не нарушается. Но маленькая Cэ (при малых значениях ее уже не принято называть блокировочной) не шунтирует

Rэ и на низких и средних частотах сигнала, при этом KU снижается.

Только на высоких частотах Cэ закорачивает эмиттерное сопротивле-

ние и коэффициент усиления начинает возрастать – как раз тогда, когда в силу других причин он снижается. ЭВЧК из-за отсутствия индуктивности находит все более широкое применение, хотя обладает существенным недо-

статком – уменьшением KU усилителя на низких и средних частотах.

Описание лабораторной установки. В состав лабораторной установ-

ки входят лабораторный макет, генератор (формирующий гармонические сигналы, а также последовательности прямоугольных импульсов типа меандра), два вольтметра переменного напряжения и осциллограф. Лицевая панель макета приведена на рис. 4.5. С помощью перемычек на макете можно собирать различные схемы коррекции. Кроме собственно усилителя на транзисторе VT1 в макет входит также эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе VT2.

24

Рис. 4.5

Порядок выполнения работы:

1.Подать напряжения питания +15 и –15 В на макет.

2.Исследовать амплитудно-частотную характеристику усилителя при введении различных схем коррекции:

а) собрать схему, в которой коррекция отсутствует; б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне

частот 20 Гц…2 МГц. Определить нижнюю и верхнюю граничные частоты

(fгр) схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)];

в) повторить измерение при введении сопротивления R3;

г) повторить измерение при введении эмиттерной высокочастотной коррекции в диапазоне 20 Гц…2 МГц;

д) повторить измерение при введении индуктивной высокочастотной коррекции в диапазоне частот 20 кГц…2 МГц;

е) повторить измерение при введении низкочастотной коррекции в диапазоне частот 20 Гц…20 кГц.

3. Исследовать влияние различных схем коррекции на форму прямоугольных импульсов:

а) собрать схему, в которой коррекция отсутствует; б) переключить генератор в режим формирования меандра. Установить

период следования импульсов от 3 до 5 мс, зарисовать или сфотографировать

25

с экрана осциллографа форму импульсов на выходе усилителя; в) ввести низкочастотную коррекцию и снова зарисовать или сфото-

графировать форму импульсов; г) установить длительность импульсов, вырабатываемых генератором

от 8 до 10 мкс. Собрать схему, в которой коррекция отсутствует, зарисовать или сфотографировать с экрана осциллографа форму импульсов на выходе усилителя;

д) ввести индуктивную высокочастотную коррекцию и снова зарисовать или сфотографировать форму импульсов.

е) повторить измерение п. 3, д при введении эмиттерной высокочастотной коррекции (ИВЧК при этом устранить).

4. Рассчитать значения τф и U/ Umax [%], исходя из измеренных при выполнении п. 2 нижних и верхних граничных частот.

Содержание отчета:

1.Схемы соединения приборов при измерениях.

2.Схемы усилителя при различных видах коррекции.

3.Результаты измерений и расчетов по пп. 2–4 (графики амплитудно-

частотной характеристики, значения fгр, зарисовки формы импульсов, измеренные и расчетные значения длительностей фронтов и спадов вершины импульсов).

4. Выводы.

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ В УСИЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМАХ

Целью работы является практическое ознакомление с использованием цепей отрицательной обратной связи в электронных схемах.

Основные сведения. Под обратной связью понимают связь, осуществляющую передачу всей или части энергии с выхода на вход электронной цепи.

Цепь, через которую подается энергия обратной связи, называют цепью обратной связи (ЦОС). Напряжение на выходе цепи обратной связи назы-

вают напряжением обратной связи (Uо.с). Отношение напряжения обратной связи к выходному напряжению называется коэффициентом обратной связи:

γ = Uо.с/Uвых < 1.

26

Если входное напряжение электронной цепи (Uвx) совпадает по фазе с

Uо.с, то такая обратная связь называется положительной. Если же входное напряжение электронной цепи находится в противофазе с напряжением обратной связи, то такая обратная связь называется отрицательной.

Иногда на практике обратная связь в электронных цепях возникает и при отсутствии реальной цепи обратной связи, т. е. непроизвольно. В этом случае в качестве цепи обратной связи выступают междуэлектродные емкости в электронных приборах, емкости между проводами и т. д. Такая обратная связь является нежелательной и называется паразитной.

По способу подачи напряжения обратной связи на вход электронной схемы различают параллельную и последовательную обратные связи. Если источники входного сигнала и напряжения обратной связи включены последовательно, то такая обратная связь называется последовательной (рис. 5.1). Если же эти напряжения включены параллельно, то и связь называется параллельной

(рис. 5.2).

При параллельной обратной связи во входную цепь включают резистор, предотвращающий шунтирование выходного сопротивления цепи обратной связи источником входного напряжения.

По способу формирования напряжения обратной связи, т. е. по тому, как ЦОС подключена к выходу электронной схемы, различают обратную связь по току и по напряжению.

Если напряжение на вход цепи обратной связи подается с зажимов со-

противления нагрузки электронной цепи (Rн), то такая связь осуществляется по напряжению (к этому типу обратных связей относятся схемы рис. 5.1 и 5.2). Если напряжение на вход цепи обратной связи подается с резистора

27

Rо.с, включенного последовательно с нагрузочным сопротивлением, то это напряжение будет пропорционально току нагрузки и связь называется по току (рис. 5.3 и 5.4). При этом обратная связь рис. 5.3 является последовательной, а рис. 5.4 – параллельной.

Из всех электронных цепей наиболее часто обратной связью охватывают усилительные схемы. Если усилитель охватить положительной обрат-

ной связью, то его коэффициент усиления увеличится: Kо.с = K/(1 – γ K ) >K,

а для отрицательной обратной связи уменьшится: Kо.с = K/(1 + γ K ) < K, где

K – коэффициент усиления при отсутствии ОС, а Kо.с – при ее введении. Поэтому положительную ОС применяют при создании автогенераторов, а отрицательную используют для предотвращения паразитного самовозбуждения усилителей и общего повышения стабильности его параметров.

В лабораторной работе исследованию подлежит только отрицательная обратная связь. Введение обратной связи влияет на параметры усилителей. Так, входное сопротивление усилителя зависит от того, как ЦОС подключена к его входу: при последовательной отрицательной обратной связи входное сопротивление увеличивается в (l + γK) раз, при параллельной – умень-

шается (для схемы рис. 5.2 Rвx o.c = R1 + R2/(1 + K)).

Выходное сопротивление усилителя, охваченного отрицательной обратной связью по напряжению, уменьшается в (1 + γK) раз, а охваченного обратной связью по току – увеличивается в такое же количество раз.

Описание лабораторной установки. В состав лабораторной установ-

ки входят лабораторный макет, генератор гармонических сигналов, магазин сопротивлений, два вольтметра переменного напряжения и осциллограф.

28

г) повторить измерение при введении параллельной обратной связи по току (рис. 5.4);

д) повторить измерение при введении последовательной обратной связи по току (рис. 5.3).

3.Исследовать влияние различных схем обратной связи на входное сопротивление усилителя:

а) собрать схему с параллельной обратной связью. Измерить входное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью;

б) повторить измерение при включении параллельной обратной связи по току.

4.Исследовать влияние различных схем обратной связи на выходное сопротивление усилителя:

а) собрать схему с обратной связью по напряжению. Измерить выходное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью;

б) повторить измерение при включении обратной связи по току (подключение ЦОС ко входу усилителя сохранить таким же, как в п. 4, а).

Содержание отчета:

1.Схемы соединения приборов при измерениях.

2.Схема макета.

3.Графики АЧХ, значения fгр и fЕУ, полученные при обработке резуль-

татов измерений, проведенных при выполнении п.2.

4.Значения входных сопротивлений при разных включениях ЦОС (согласно п. 3).

5.Значения выходных сопротивлений при разных включениях ЦОС (согласно п. 4).

6. Выводы.

Лабораторная работа № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Целью работы является практическое ознакомление со схемами включения операционного усилителя (ОУ).

Основные сведения. Основным активным элементом современной аналоговой схемотехники является ОУ – сложная схема, выполненная в интегральном исполнении (т. е. интегральная микросхема). Главное ее преимущество – возможность быстро и без больших расходов изменять не только

30