Лабораторна робота № 6 дослідження характеристик підсилювача

Мета роботи: дослідження основних характеристик підсилювального каскаду низкою частоти.

Теоретичні відомості

У лабораторній роботі досліджується каскад підсилювача напруги низкою частоти (ПНЧ), що широко застосовується в електронних автоматичних пристроях.

Підсилювачем називається пристрій, призначене для посилення вхідних електричних сигналів (наприклад, від датчиків) по напрузі, струму або потужності за рахунок перетворення енергії джерела живлення в енергію вихідного сигналу. Підсилювач містить у собі нелінійний елемент, керований вхідним електричним сигналом U_вх, джерело живлення U_ж і навантажувальний пристрій з опором Z_н (рис.1). Вхідний сигнал U_вх управляє параметрами нелінійного елемента. Як нелінійний елемент використаються, як правило, транзистори.

Рисунок 1 — Структурна схема підсилювального пристрою

Для одержання високих коефіцієнтів підсилення до складу підсилювача входить звичайно кілька каскадів. Першим каскадом як правило є попередній підсилювач, потім ідуть проміжний підсилювач і підсилювач потужності. Попередній підсилювач забезпечує зв'язок джерела сигналу з підсилювачем. Він повинен мати великий вхідний опір для того, щоб не послабляти вхідний сигнал.

Проміжний підсилювач забезпечує основне посилення, а підсилювач потужності забезпечує задану вихідну потужність.

При побудові підсилювальних пристроїв найбільше поширення одержали каскади на біполярних транзисторах, включених з ЗЕ(OU) або з ЗК (OC).

Класифікація підсилювачів виробляється за ознаками:

по виду посилюваного сигналу вони діляться на підсилювачі аналогових і імпульсних сигналів;

по типі посилюваного сигналу підсилювачі підрозділяють на підсилювачі напруги, струму й потужності;

по діапазоні посилюваних частот розрізняють підсилювачі постійного струму й підсилювачі змінного струму.

Підсилювачі можуть бути також однокаскадними й багатокаскадними. Основними характеристиками підсилювача є:

• амплітудна характеристика, що являє собою залежність: U _вих= φ(U _вх);

• амплітудно-частотна характеристика (АЧХ): U _вих= φ(f) показує залежність амплітуди вихідного сигналу від частоти. Реально в підсилювачах через наявність паразитних ємностей і індуктивностей різні частоти підсилюються неоднаково;

• фазово-частотна характеристика U _вих= λ(f). показує залежність кута

зсуву фази вихідного сигналу стосовно фази вхідного сигналу;

Найважливішими параметрами підсилювача є:

коефіцієнти підсилення по струму k_і , напрузі k_u і потужності k_p :

k_i= I _вих / I _вх ; k_u =U _вих / U _вх ; k_p= P_вих / P_вх ,

де I_вх, I_вих, U_вх, U_вих, P_вх, P_вих – діючі значення струмів, напруг і потужностей на входах і виходах підсилювача.

Принципова схема найпростішого підсилювального каскаду зображені на рис.2.

Рисунок 2 – Схема простого підсилювального каскаду

Не вважаючи джерела живлення, звичайно загального для всього електронного пристрою, і деяких допоміжних деталей, у цьому випадку конденсатора зв'язку С, найпростіший підсилювальний каскад утворять три елементи: транзистор VТ, його навантажувальний резистор R_н і базовий резистор R_б, підбором опору якого (на схемах позначають зірочкою) установлюють оптимальний режим роботи транзистора. Вхідний сигнал подають (через конденсатор С) на базу транзистора, а посилений сигнал знімають із навантажувального резистора R_н. При включенні транзистора за схемою ЗЕ каскад дає найбільше посилення по напрузі й струму, тому таке включення найбільше широко використається. З виходу каскаду посилений сигнал може бути поданий на вхід аналогічного каскаду для додаткового посилення.

Конденсатор С на вході служить сполучним елементом між джерелом сигналу й підсилювальним каскадом. Він вільно пропускає до транзистора змінну напругу сигналу й запобігає замиканню постійного складового базового ланцюга транзистора на емітер через джерело сигналу. Конденсатор, що виконує таку функцію, називають також розділовим або перехідним.

Режим роботи, що рекомендується, транзистора по постійному струму встановлюють підбором резистора R_б, через який на базу транзистора (відносно емітера) подають напругу зсуву (позитивне для n-р-n транзистора, негативне для р-n-р транзистора), що відкриває його. Без зсуву транзистор сильно спотворює посилюваний сигнал або взагалі не виконує функцію підсилювача.

Порядок виконання роботи

1. Отримати вихідні дані у викладача (U_вх, f, тип транзистора)

2. Побудувати схему підсилювача у програмному комплексі Electronics Workbench 5.12 (рис.3).

3. Зняти значення вхідних та вихідних струмів і напруг підсилювача.

4. Розрахувати значення k_і , k_u, k_p

5. Підключити клему Channel 1 осцилографа до крапки А, підібрати масштаб зображення, замалювати осцилограму. Відключить Channel 1 від крапки А.

6. Підключити клему Channel 2 осцилографа до крапки В, підібрати масштаб зображення і замалювати осцилограму.

7. Підключити клему Channel 1 осцилографа до крапки А та замалювати осцилограму сигналів в крапках А і В.

8. Визначить кут зсуву фази вихідного сигналу стосовно фази вхідного сигналу.

9. Зробить та записати висновки.

Рисунок 3 – Схема дослідного підсилювального каскаду

Контрольні запитання

1. По яких ознаках класифікують підсилювачі?

2. Яку вимогу пред'являють до вхідної напруги підсилювача?

3. Поясните призначення конденсатора С на вході підсилювача?

4. Назвіть основні характеристики підсилювача?

5. Поясните призначення базового резистора?