Исследование усилительного каскада по схеме О1 (1075520), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

постоянная времени выходной цепи _вых.нч как:

_вых.нч= C_p.вых.*( R4 + R7) (34)

а постоянная времени термостабилизирующей эмиттерной цепи _сэ.нч как:

_сэ.нч C_э.*r_э (35)

Общая постоянная времени усилительного каскада в области нижних частот определяется как:

_нч^-1 =_вх.нч ^-1 +_вых.нч ^-1 +_сэ.нч ^–1 (36)

Наличие в эксперименте двух разделительных конденсаторов C_p.вых (С4 и С5), соответствует двум постоянным времени в области нижних частот _нч.1 и _нч.2. Каждой постоянной времени в области нижних частот соответствует своя нижняя граничная частота усиления:

f_нч.1=1/2**_нч.1 f_нч.2=1/2**_нч.2 (37)

Спад коэффициента усиления каскада в области верхних частот связан с частотными свойствами транзистора и реактивной компонентой нагрузки (С8 и С9). Частотные характеристики транзистора можно оценить с помощью постоянной времени входной цепи в области верхних частот _вх.вч, которая равна:

_вх.вч =_в*(r_б+r_э)/[r_б+r_э*(В+1)] (38)

где _в =1/2**f_h21, f_h21 – предельная частота усиления транзистора в схеме ОЭ (справочный параметр).

Емкостной характер нагрузки оценивают постоянной времени выходной цепи _вых.вч, которую определяют как:

_вых.вч =С_н*R_кн (39)

Проведение эксперимента для двух емкостей нагрузки (С_н.1 =С8 или С_н.2 =С8+С9) соответствует двум значениям постоянной времени выходной цепи _{вых.вч.1}(С8) или _{вых.вч.2}(С8+С9). Общая постоянная времени каскада в области верхних частот рассчитывается как:

_вч.1=_вх.вч+_{вых.вч.1}(С8) или _вч.2=_вх.вч+_{вых.вч.2}(С8+С9) (40)

Каждой постоянной времени каскада в области верхних частот соответствует своя верхняя граничная частота:

f_вч.1(С8)=1/2**_вч.1 f_вч.2(С8+С9)=1/2**_вч.2 (41)

АЧХ усилительного каскада через постоянные времена или граничные частоты представляется функцией:

K_u(f)=K_u(СЧ)/[1+(2**f*_вч-1/2**f*_нч)^2]^(1/2) (42)

K_u(f)=K_u(CЧ)/[1+(f/f_вч-f_нч/f)^2]^(1/2) (43)

где K_u(CЧ) – коэффициент усиления каскада в области средних частот, f – текущая частота. На рис. 5. представлены АЧХ усилительного каскада для двух разделительных конденсаторов С_р.вых. в выходной цепи и двух емкостей нагрузки С_н.

Р
ис. 5. АЧХ усилительного каскада (С_р.вых1 > С_р.вых2, С_{н. 2.} > С_{н. 1.}).

3.Подготовить лабораторный стенд к исследованию характеристик усилительного каскада по схеме ОЭ.

На лабораторном макете собрать усилительный каскад по схеме ОЭ без частотных корректирующих цепей. Для этого на макете замкнуть перемычками клеммы 3-4 и 7-10. Входное напряжение от стандартного генератора гармонических сигналов типа Г3 – 112 подать на клеммы 1 - 2 макета с помощью коаксиального кабеля, соблюдая сохранения общей шины. Обращайте внимание на правильность соединений с помощью коаксиальных кабелей: их внешний проводник, экранирующий центральный, всегда должен соединять «корпус» измерительного прибора с общим проводом макета. В стандартном исполнении у коаксиального кабеля внешний проводник заканчивается более длинным выводом, чем центральный, и обычно имеет черный цвет. Контроль уровня входного напряжения проводить с помощью двухканального осциллографа. Для этого на выходе генератора использовать «коаксиальный тройник», позволяющий одновременно подать сигнал генератора на макет и двухканальный осциллограф. Вторым каналом осциллографа контролировать выходное напряжение усилительного каскада, которое в зависимости от задания снимать с клемм 5 – 14 (нагрузкой является R_вх.осц.) или 12 –14 (нагрузкой является резистор R7 при замкнутых клеммах 5 – 11). От лабораторного источника питания подать на макет ( клеммы –Ек –1) напряжение питания Е_пит=-15 в..

Рекомендуется использовать работу осциллографа в режиме «Внешняя синхронизация», для чего необходимо на его Х-вход («Внешняя синхронизация») коаксиальным кабелем подавать синхронизирующий сигнал от измерительного генератора Г3 – 112 с специального его выхода. Частоту и величину входного напряжения усилительного каскада устанавливают с помощью соответствующих ручек управления измерительного генератора Г3 – 36. Частоту входного напряжения определять по показаниям измерительного генератора, а уровни входного и выходного напряжения измерять с помощью осциллографа. Перед проведением измерений на осциллографе необходимо проверить, что его ручки плавного изменения усиления Y-входов и Х-входа (длительность развертки) находятся в крайнем положении по часовой стрелке.

4. Экспериментально измерить амплитудные характеристики усилительного каскада по схеме ОЭ :

А) с нагрузкой R_н=R_вх.осц. (R_вх.осц – входное сопротивление осциллографа),

Б) с нагрузкой R_н =R7,

В) с нагрузкой R_н =R7 и при введении в каскад ООС на резисторе R5.

Под амплитудной характеристикой усилителя принята зависимость амплитуды первой гармоники выходного напряжения от амплитуды гармонического напряжения на входе с частотой F, соответствующей области средних частот полосы усиления. Поэтому на измерительном генераторе Г3 – 112 установите режим генерации гармонических сигналов с частотой F=1000 Гц. Напряжение на выходе генератора Г3 – 112 может меняться дискретно и плавно с помощью выходного аттенюатора. В данной работе измеряют входное и выходное напряжения усилительного каскада двухканальным осциллографом, с помощью которого невозможно провести спектральный анализ выходного напряжения. Поэтому при измерении АХ вместо амплитуды входного и амплитуды первой гармоники выходного напряжений измеряют полные их размахи U_рр. Под размахом U_рр принимают величину, равную разнице между максимальным U_макс. и минимальным U_мин. значениями напряжений (для гармонического сигнала U_рр =2*U_m).

А) С помощью коаксиального кабеля «Y-вход» осциллографа подсоединить к клеммам 5 – 14 макета. Наблюдая по осциллографу за формой выходного напряжения, первоначально подберите максимальный уровень входного сигнала, при котором появляется отсечка «снизу» или «сверху» амплитуды выходного напряжения. Оцените по осциллограммам соответствующие величины максимальных размахов напряжений на входе (U._рр.вх.)_макс. и выходе (U_рр.вых.)_макс., их значения занесите в протокол испытаний. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного сигналов с наступившей отсечкой амплитуды выходного напряжения.

Определив уровни максимальных размахов напряжений, проведите измерения амплитудной характеристики усилительного каскада. Для этого изменяйте с постоянным шагом величину входного сигнала от U_рр.вх.=0 до (U_рр.вх)_макс. и измеряйте соответствующие напряжения на выходе U_рр.вых., занося результаты измерений в протокол испытаний виде таблицы. Количество измеренных точек должно быть не менее 5.

Б) Для измерения АХ усилительного каскада с нагрузкой R_н=2кОм на лабораторном макете замкните клеммы 5 – 11, а выходное напряжение измеряйте осциллографом на клеммах 12 – 14. Повторите измерения, как и с нагрузкой R_н=1 Мом. Обратите внимание на уровни максимальных размахов напряжений на входе и выходе, при которых появляется отсечка амплитуды выходного напряжения. В протоколе испытаний зафиксируйте новые значения максимальных уровней входного и выходного напряжений и измерьте АХ усилительного каскада при работе на нагрузку R_н=2кОм. Для корректного построения АХ получите не менее 5 экспериментальных точек, все результаты эксперимента занесите в таблицу протокола испытаний.

В) Для измерения АХ усилительного каскада с нагрузкой R_н=2кОм и местной ООС в макете разомкните клеммы (7-10) и замкните клеммы (8-10). По вышеописанной методике повторите измерения АХ. Обратите внимание на существенное увеличение максимального размаха входного напряжения (U_рр.вх.)_макс.и незначительное изменение максимального размаха выходного напряжения (U_рр.вых.)_макс., начиная с которого наступает отсечка амплитуды выходного напряжения. Изменяя входное напряжение от нулевого до предварительно определенного максимального уровня (U_рр.вх.)_макс, замерьте соответствующие напряжения на выходе, получив не менее 5 экспериментальных точек, а результаты занесите в таблицу протокола испытаний.

По результатам трех измерений постройте графики АХ и покажите их преподавателю. Только после проверки преподавателем результатов измерений АХ усилительного каскада (отсутствие ошибок и достоверность результатов измерений преподаватель подтверждает своей подписью на графике), приступайте к выполнению следующего пункта задания.

5. Измерить амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада по схеме ОЭ при следующих параметрах схемы:

А) с разделительным конденсатором С_р.вых.1=С5=0.01 мкФ и конденсатором нагрузки С_н1=С8=750 пФ;

Б) с разделительным конденсатором С_р.вых.2=С4=1 мкФ и конденсатором нагрузки С_н1= С8=750 пФ;

В) с разделительным конденсатором С_р.вых.2=С4=1 мкФ и конденсатором нагрузки С_н.2=С8+С9 (С9=0.01 мкФ ).

Под амплитудно-частотной характеристикой усилительного каскада принимается зависимость коэффициента усиления от частоты входного сигнала в режиме линейного усиления. Для экспериментального ее измерения следует провести серию измерения выходного напряжения на различных частотах входного напряжения при условии постоянства его уровня. Перед началом проведения измерений в усилительном каскаде следует устранить местную ООС. Для этого следует разомкнуть клеммы 8 – 10 и замкнуть клеммы 7 – 10. Выходное напряжение измерительного генератора следует установить такой величины, чтобы усилительный каскад работал в линейном режиме (без искажения выходного напряжения). Изменяя частоту входного напряжения усилительного каскада и поддерживая его постоянный уровень, необходимо измерять напряжение на выходе исследуемого усилительного каскада. Отношение выходного напряжения к входному определяет коэффициент усиления. При измерении АЧХ усилительного каскада по схеме ОЭ рекомендуется поддерживать входное напряжение с размахом U_рр.вх.= (10 – 20) мВ. При изменении частоты измерительного генератора обязательно следует контролировать постоянство уровня входного напряжения, при необходимости используя выходные аттенюаторы измерительного генератора.

Диапазон изменения частот выбирается из условия, что на крайних частотах в области нижних и верхних частот выходное напряжение уменьшается более, чем в 10 раз, относительно напряжения в области средних частот. Изменения частоты генерации измерительного генератора Г3 - 112 могут быть проведены дискретно ( подекадно, т.е. в 10 раз) и плавно (внутри декады) соответствующими ручками управления. Значение частоты определяется по лимбам, расположенным около ручек управления. Рекомендуется на каждой декаде изменения частоты провести измерения на частотах F=10*10ⁿ Гц, F=20*10ⁿ Гц и F=40*10ⁿ Гц, где n- любое целое число. Такой выбор частот входного напряжения позволяет достаточно равномерно заполнить экспериментальными точками график АЧХ при представлении его в полулогарифмическом масштабе. «Отдельной строкой» фиксируются частоты, на которых напряжение на выходе усилительного каскада уменьшается в 0.707 раз по отношению к величине в области средних частот. Результаты измерений следует зафиксировать в виде таблицы протокола испытаний, по которым по окончанию измерений строится график АЧХ.

В ходе экспериментального измерения АЧХ усилительного каскада выходное напряжение можно измерять на клеммах 12 – 14 макета с помощью двухканального осциллографа, как и при измерении АХ, или высокочастотного вольтметра В3 – 38. Электронный вольтметр В3 – 38 предназначен для измерения высокочастотных гармонических сигналов и измеряет эффективное напряжение (U_эф=0.707*U_m).

На макете замыкают для выполнения:

п. 5.А – клеммы 6 – 11,

п. 5.Б – клеммы 5 – 11,

п. 5.В – клеммы 5 – 11 и клеммы 13 – 15.

По окончанию измерений строится зависимость изменения коэффициента усиления каскада (не выходного напряжения) от частоты входного напряжения, которая должна быть представлена преподавателю. Только после проверки полученных результатов (при этом преподаватель ставит свою подпись на графике) можно считать, что экспериментальная часть данной лабораторной работы закончена и перейти к оформлению отчета.

6. Оформить отчет по проделанной работе.

Отчет оформляется каждым студентом индивидуально. Он должен содержать: 1) название работы, 2) цель и задачи работы, 3) принципиальную схему исследуемого устройства, 4) теоретическое обоснование параметров и характеристик исследуемого устройства, 5) экспериментальные характеристики исследуемого устройства, 6) обсуждение полученных (теоретических и экспериментальных) результатов.

В частности, по данной работе студент должен показать зависимость коэффициента усиления каскада, динамического диапазона входного напряжения и полосы усиления от номиналов элементов схемы, действия местной ООС. Необходимо сопоставить теоретические и экспериментальные результаты, обосновать возможные расхождения.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы