лаба4 (1075477), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

б).

1. Um_вх = 0,5В

2. Um_вх = 1,0В

3. Um_вх = 1,5В

Развертка:

Рис.4 Нелинейные искажения в зависимости от уровня входного напряжения

Часть 3.

Теоретические расчеты характеристик (АХ и ЛАЧХ) с номиналами элементов прикоторых проводились измерения.

A. Расчет начнем с логарифмической амплитудно-частотной характеристики.

В качестве критерия совпадения теоретических и экспериментальных данных выберем, выберем значение верхних и нижних граничных частот.

Раассчитаем эти параметры для всех четырех графиков ЛАЧХ при различных наборах элементов макета:

1. Ku=100 (R2.2/R1.1) и разделительный конденсатор C1.2

Верхняя граничная частота fв полосы усиления усилительного каскада на ОУ, связана с частотой единичного усиления f1и коэффициентом усиления каскада по постоянному току Kи,н(0) соотношением:

Гц

Нижняя граничная частота, если определять нижнюю граничную частоту fн полосы усиления каскада как частоту, на которой модуль коэффициента усиления уменьшается в 2 раз, то она равна:

где

Гц

2. Ku =100 (Z2.2/R1.1) и разделительный конденсатор C1.2 (Z2 = R2||XC2)

Если усилительные каскады предназначены для усиления только переменного напряжения, то во входной цепи используются разделительные конденсаторы Ср.

Такой конденсатор совместно с входным сопротивлением каскада образует фильтр верхних частот.

Верхняя граничная частота

где

постоянная времени

Гц

Нижняя граничная частота

где

Гц

3. Ku =10 (R2.1/R1.1) и разделительный конденсатор C1.2

Верхняя граничная частота

Гц

Нижняя граничная частота

где

Гц

4. Ku =10 (R2.1/R1.1) и разделительный конденсатор C1.1

Верхняя граничная частота

Гц

Нижняя граничная частота

где

Гц

Итак получили следующие значения верхних и нижних граничных частот:

Верхние частоты:

Нижние частоы:

Б. Амплитудная характеристика.

Измерения амплитудной характеристики усилительного каскада проводится на частоте сигнала, соответствующей области средних частот его полосы усиления. Как правило, в исследуемых макетах эта частота расположена в диапазоне 1…5 кГц. Ожидаемая максимальная амплитуда выходного напряжения Um.вых.макс определяется паспортом на ОУ или принимается на 1 В меньше напряжения питания. Соответствующая данному напряжению амплитуда входного напряжения определяется коэффициентом усиления Ku каскада:

Для случаев 1. и 2., когда Ku = 100:

Для случаев 3. и 4., когда Ku = 10:

В. По данным полученным в пунктах А и Б мы можем построиить теоретичесие графики АХ и ЛАЧХ:

Зависимость модуля коэффициента усиления каскада от частоты сигнала называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Для усилительных каскадов на ОУ ее принято представлять в логарифмическом масштабе (ЛАЧХ). Данную характеристику обычно аппроксимируют двумя прямыми: в области нижних и средних частот горизонтальной линией на уровне 20lgKu(0) и в области верхних частот линей с наклоном 20 дБ/дек, пересекающей ось абсцисс (Ku=0 дБ) в точке, соответствующей частоте единичного усиления f1. Точка пересечения горизонтальной и наклонной линий (полюс АЧХ) соответствует верхней граничной частоте полосы усиления усилительного каскада на ОУ, т.е. где модуль коэффициента усиления каскада уменьшается на 3 дБ (в 1,414 раз) по сравнению с его значением в области низких и средних частот.

Значения граничных частот для каждого из случаев 1-4 были получены ранее

Рис. 6. Теоретическая ЛАЧХ усилительного каскада на ОУ.

жирной линией показана реальная характеристика, тонкой аппроксимированная отрезками прямых линий.

Г. Нахождение скорости нарастания выходного напряжения

Экспериментальную скорость нарастания выходного напряжения найдем как отношение:

где

Uv - уровень выходного напряжения;

T - период сигнала.

Эти параметры снимем с графиков на рис. 4 (для входного напряжения 1.5В):

1.

2.

Часть 4.

Обсуждение полученных результатов

1. Амплитудная характеристика.

По графику на рис. 2 мы можем сделать выввод о том что АХ представляет собой линейную функцию на участке, когда входное напряжение не превышает максимальное входное напряжение. Наклон прямой определяется коэффициентом усиления Ku.

При достижениии входного напряжения максимального своего значения в усилительном каскаде появляется отсечка и АХ становится прямой линией, параллельной оси абсцисс, что говорит о достижении каскадом режима насыщения.

Появление отсечки на нижней или верхней части сигнала выходного напряжения зависит от того, где была выбрана точка покоя, тюею режима работы, а также от пропускной способности транзистора.

При сравнении теоретических (Рис. 5) и экспериментальных (Рис. 2) данных мы можем говорить не только о качественном, но и о численном соответсвии теории и эксперимента. Небольшие погрешности вызваны неточными методами измерения, а также собственными погрешностями приборов.

2. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

В данном опыте мы выясняли каким образом влияет подключение различных элементов различных номиналов на полосу пропускания усилительного каскада на ОУ. По данным, нами полученными, мы можем сделать следующие выводы:

граничная частота полосы усиления каскада определяется номиналом емкости разделительного конденсатора

на верхнюю граничную частоту каскада влияют: коэффициент усиления Ku, а также введение дополнительного конденсатора, эти меры понижают нижнюю граничную частоту.

на нижнюю граничную частоту влияет прежде всего разделительный конденсатор (С11 или С12), причем из графика на Рис.3 видно что с увеличением емкости этого конденсатора, нижняя граничная частота уменьшается.

Из выше сказанного можно сделать вывод о том, что для расширения полосы пропускания каскада необходимо ставить в цепь разделительные конденсаторы с максимально большими значениями, и при этом обеспечивать достаточно маленький коэффициент усиления.

О совпадении теоретических и практических результатов можно судить по следующим теоретическим и экспериментальным данным (граничные частоты):

Теория

Практика

Верхние частоты:

Нижние частоы:

Верхние частоты:

Нижние частоы:

В данном случае мы можем говорить о достаточно хорошем соответсвии теории и практики. Несоответсвие объясняется несовершенством метода снятия показаний и погрешностями в номиналах элементов, а также погрешностями приборов.

3. Нелинейные искажения

Осциллограмма выходного напряжения при относительно небольших высоких частотах (20кГц) имеет вид синусоиды наподобие входного напряжения. При повышении входного напряжения появляется отсечка, согласно с выше обсуденными принципами.

На более высоких частотах (40кГц) выходной сигнал каскада имеет вид треугольного сигнала, что связано с ограниченной быстротой действия каскада, что и проявляется в появлении нелинейных искажений в сигнале, а также его смещения во временной области. Это связано с тем, что каскад не успевает отреагировать на один сигнал-импульс, как приходит другой, поэтому и появляются высшие гармоники в чистом синусоидальном сигнале.

4. Скрость нарастания сигнала.

При практическом расчет скорости нарастания сигнала в каскаде мы получили следующие значения:

Паспортное значение:

Что с достаточно хорошей степенью точности соответствует паспортному значению. Небольшое превышение может быть связано с небольшим занижением производителем значения скорости нарастанèÿ ñèãíàëà.

17

Характеристики

Список файлов лабораторной работы