Міністерство освіти і науки України

Дрогобицький механіко-технологічний коледж

Лабораторія основ електроніки і мікроелектроніки

Затверджую:

Заступник директора з навчальної роботи

__________ Ренжин П.М. „ ” 2010 р.

Інструкція

до лабораторної роботи №10

Дослідження підсилювача з елементами зворотного зв’язку

з дисципліни: „ Основи електроніки і мікроелектроніки ”

Розглянуто на засіданні ЦК

___________ Протокол № __________

„ ” 2010 р. Голова ЦК ____________

Дрогобич-2010

Лабораторна робота № 10 Дослідження підсилювача з елементами зворотного зв’язку

1.Мета роботи : Вивчення роботи резистивного каскаду підсилення сигналів низької частоти з елементами зворотного зв’язку шляхом зняття його амплітудних характеристик .

2.Схема макету:

2.1. Вимірювальні прилади:

Генератор низької частоти (ГНЧ) ГЗ-102

Осцилограф MOS-640 FG

3.Теоретичні відомості:

Зворотним зв’язком називають дію вхідного сигналу на вихідний сигнал підсилювача, при якому частина енергії підсиленого сигналу з виходу підсилювача подається на його вхід. Зворотні зв’язки створюють спеціально. Зворотний зв'язок може бути корисним, якщо він виникає в результаті застосування спеціальних схем для покрахення властивостей підсилювача, або паразитним, якщо він виникає самочинно.

На рис. 1. Показано різні способи відімкнення кола зворотного з зв’язку до вхідного і вихідного кіл підсилювача.

Рис.1.

Елемент схеми позначений буквою β ,є елементом зворотного зв’язку , завдяки якому частина напруги з виходу підсилювача попадає знову на його вхід . Якщо коло зворотного зв’язку під’єднується до виходу підсилювача ,паралельно його навантаженню ,то напруга зворотного зв’язку ,буде прямо пропорційною напрузі на виході ; такий зв’язок називається зворотнім зв’язком за напругою (рис.1. а). Якщо коло зворотного зв’язку підімкнено до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням , то напруга прямо пропорційною струму в навантаженні ;такий зворотній зв’язок називається зворотнім за струмом ./рис.1, б/. Можлива комбінація цих способів відімкнення кола зворотного зв’язку до виходу ,при якій напруга складається з двох складових ,пропорційних вихідні напрузі і струму ; такий зворотній зв’язок називається змішаним . Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до виходу підсилювача послідовно з джерелом вхідного сигналу ,то зворотній зв’язок називається послідовним (рис.1, а). Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до входу паралельно джерелу сигналу ,то зворотній зв’язок називається паралельним /рис.1 б/.

Зворотній зв’язок може бути позитивний або негативним . Позитивний зворотній зв’язок виникає тоді коли напруга зворотного зв’язку збігається за фазою з вхідною напругою . Негативним зворотним зв’язком називається такий зв’язок між виходом і входом підсилювача ,коли напруга зворотного протилежна за фазою вхідній напрузі ,тобто ці напруги зсунуті між собою за фазою на 180 . Найпоширенішими у підсилювачах є послідовний негативний зворотній зв’язок за напругою .

Вводять величини:

– коефіцієнт зворотного зв'язку;

- коефіцієнт підсилення підсилювача без ланки зворотного зв'язку;

- коефіцієнт підсилення підсилювача зі зворотним зв’язком.

Зворотний зв'язок може підсилювати напругу на вході ( >0) та зменшувати її ( <0).

У першому випадку ( >0) зворотний зв'язок називається позитивним. При <0 зворотний зв'язок називається негативним.

Позитивний зворотний зв'язок підвищує коефіцієнт підсилення одночасно зменшується стабільність підсилювача та підвищується рівень нелінійних спотворень. Тому позитивний зворотний зв'язок у підсилювачах майже не застосовується.

У загальному випадку сигнал на виході підсилювача:

, (1)

де верхній знак береться при позитивному, а нижній при негативному зворотному зв'язку. Якщо (1) поділити на та використати введені коефіцієнти, можна отримати:

;

(2)

де - береться за модулем, тому що знак уже врахований у виразі для вхідної напруги підсилювача.

Знак "+" відповідає негативному зв'язку, тобто:

Вплив негативного зворотного зв'язку на основні показники підсилювача:

• Коефіцієнт підсилення зменшується в раз ;

• Нелінійні спотворення зменшується в раз ;

• Частотні спотворення зменшується в на нижніх частотах в раз на верхніх частинах відповідно .

Крім цього , при від’ємному зворотному зв’язку стабільність роботи каскаду покращується .

Не дивлячись на зменшення підсилення ,негативний зворотній зв'язок широко використовується в підсилювачах тому ,що при його введені вдається покращити ряд інших параметрів .Так негативний зворотний зв'язок зменшує спотворення і перешкоди ,що вносяться підсилювальним каскадом, в (I+β*K) раз. Введення негативного зворотного зв’язку дозволяє одержати більш рівномірну частотну характеристику підсилювача і покращити стабільність коефіцієнта підсилення підсилювача. Крім цього послідовний негативний зворотній зв'язок збільшує вхідний опір в (1+β*К) раз.

Широке застосування одержали дві схеми підсилювачів з негативним зворотнім зв’язком . В першій з них (рис.2) паралельний негативний зв'язок за напругою забезпечується ввімкненням резистора в коло колектора . Перевага цього варіанту в тім ,що для одержання негативного зворотного зв’язку непотрібно вводити додаткові елементи ,а лише підімкнути резистор до колектора транзистора . Але в цій схемі знижується вхідний опір підсилювача, що негативно впливає на його якісні показники .

Цього недоліку позбавлена схема підсилювача з послідовним негативним зворотнім зв’язком за струмом (рис.3).

Оцінку підсилювача сигналів низької частоти (ПНЧ) здійснюють по його амплітудній (вихідній) та частотній характеристиках.

На рис.4. показано амплітудну характеристику ПНЧ U_вих=φ(U_вх). По ній визначають динамічний діапазон.

D= U_{вих max}/ U_{вих min} ,

де U_{вих max} , U_{вих min} лінійний участок характеристики

Рис.4

Рис.5

Рис.2 Рис.3

На рис.5 показано частотну характеристику підсилювача К= φ(f) при U_вх=const.

Зазвичай динамічний діапазон визначають в децибелах: Dдб = 20lgD

Рис.4 Рис.5

Для одержання негативного зворотного зв’язку достатньо в підсилювальному каскаді не шунтувати резистор конденсатором .При цьому, крім негативного зворотного зв’язку за постійним струмом ,виникне також негативний зворотній зв'язок за змінним струмом. Підсилювач , схема якого приведена на рис.3,одержав практичне застосування в електронній схемотехніці.