А.В. Журавлёв, Ю.И. Кузнецов, Л.Г. Прохоров и др. - Практикум по радиофизике (1119799), страница 3
Текст из файла (страница 3)
6: a) Отклики RC-цепи с омическим выходом на единичный прямоугольный импульс; б) отклики RC-цепи с емкостным выходом на единичный прямоугольный импульс.4. Цепь ВинаЦепь Вина(см. Рис. 7) соединяет свойства описанных выше RC-цепей.На низких частотах она ведет себя как RC-цепь с омическим выходом,а на высоких частотах – как RC-цепь с емкостным выходом.
Найдемпередаточную характеристику цепи1,2C4 R3 R4 −11 + C3 /C4 + R4 /R3 + i ω C3ωC4 R3(18)где I(ω)– комплексная амплитуда силы тока в цепи, а Z1 (ω) = R3 /(1 +iωR3C3 ) и Ztotal (ω) = R4 +1/iωC4 + Z1 (ω) – выходной и общий импедансы Z1(ω)/I(ω) Ztotal (ω) =K(ω)= I(ω)цепи Вина. Тогда АЧХ цепи Вина имеет вид1|K(ω)|=(1 + C3/C4 + R4 /R3)2 +16ω 2 C3 C4 R3 R4 −1ωC4 R32 ,(19)а ФЧХ цепи –1 − ω 2 C3C4 R3R4ϕ(ω) = argK(ω) = arctg(1 + C3/C4 + R4/R3 )ωC4R3R4in(ω)UC4I(ω).(20)Z1(ω)out(ω)R3 UC3Рис.
7: Цепь Винаϕ(ω)|K(ω)|π/20ω0ω−π/2ω0ωaбРис. 8: a) АЧХ цепи Вина; б) ФЧХ цепи Вина.Графики АЧХ и ФЧХ для цепи Вина приведены на Рис. 8. Стоитотметить, что модуль коэффициента передачи максимален на частотеωo = √1,C3C4 R3 R4(21)а сдвиг фаз между выходным и входным напряжением цепи Вина наэтой частоте ωo равен нулю. Данное значение частоты называется квазирезонансным, исходя из аналогии с резонансной частотой колебательного контура.
Свойства цепи Вина на квазирезонансной частоте частоиспользуются при конструировании генераторов гармонических сигналов [1, 2, 3, 4, 5]. Пример RC-генератора, собранного на цепи Вина, будетподробно разобран в лабораторной работе ”RC-генераторы”.175. УпражненияRC-цепь с омическим выходом5.1. Измерение АЧХПо заданному значению fн рассчитайте параметры цепи R и C, используя формулу (8). Стоит учесть, что резистор R необходимо выбиратьтак, чтобы входное сопротивление измерительного прибора Rвх R.Входное сопротивление, например, осциллографов составляет порядканескольких мегаом. Измерьте значение емкости конденсатора и сопротивление резистора и соберите цепь.Подайте на вход цепочки гармонический сигнал с генератора низкочастотных колебаний и снимите с помощью осциллографа зависимостьмодуля коэффициента передачи от частоты (разумно менять частоту сшагом в 2 или в 3 раза). Стоит заметить, что табло генераторапоказывает не циклическую частоту ω, а обычную частоту f ! )|, используя логарифмический масштаб поПостройте график АЧХ |K(fоси частот.
Сравните экспериментальную кривую с расчетной.5.2. Изучение прохождения прямоугольного импульсаЗадайте длительность τи и период повторения T прямоугольных импульсов. Период повторения должен быть много больше постояннойвремени цепи. Рекомендуемые диапазоны: 1мкс τи 100мкс и100мкс T 1000мкс.Подайте на вход цепочки последовательность прямоугольных импульсов произвольной амплитуды. Пронаблюдайте на экране осциллографа форму отдельного выходного импульса для случаев τи RC иτи RC. Зарисуйте эпюры входного и выходного напряжений и объясните их формы и физический смысл.18RC-цепь с емкостным выходом5.3. Измерение АЧХ и изучение прохождения прямоугольного импульсаВыполните аналогичные задания параграфoв 5.1. и 5.2. для RC-цепис емкостным выходом.
В этом случае параметры цепи рассчитывайте поформуле (13) для верхней частоты fв .5.4. Интегрирование сигналовС генератора сигналов подайте на вход RC-цепи с емкостным выходом сигналы прямоугольной и пилообразной форм. Задайте правильнодлительность τи и период повторения T импульсов таким образом, чтобы выполнялось условие интегрирования. Зарисуйте эпюры входного ивыходного напряжений и объясните их формы и физический смысл.5.5. Измерение квазирезонансной частоты цепи ВинаПо заданному значению квазирезонансной частоты f0 = ωo /2π рассчитайте параметры цепи Вина для случая R4 = R3 и C4 = C3. Соберите цепочку.
Значение квазирезонансной частоты, на которой сдвигфаз равен нулю, для цепочки Вина можно определить, используя фигуры Лиссажу. В этом случае осциллограф переводится в режим внешнейразвертки, на вход X подается сигнал с выхода низкочастотного генератора, а на вход Y – сигнал с выхода цепочки. Снимите зависимость моду )|,ля коэффициента передачи от частоты.
Постройте график АЧХ |K(fиспользуя логарифмический масштаб по оси частот.196. Контрольные вопросы1. Начертите схемы основных типов RC-цепей. Для чего они используются?2. Чему равна постоянная времени для RC-цепи? Какова ее размерность?3. АЧХ и ФЧХ RC-цепей.
Нарисовать графики и объяснить их физический смысл.4. Что такое граничная частота и полоса пропускания RC-цепи?5. Как влияют значения R и C на АЧХ и ФЧХ цепи?6. Известно, что условия интегрирования и дифференцирования можно обеспечить при различных величинах R и C. Из каких соображений следует выбирать конкретные величины R и C?7.
Что называется переходным процессом в электрической цепи? Переходная характеристика RC-цепей и ее физический смысл.8. Эпюры выходного напряжения RC-цепей при входном сигнале прямоугольной формы. Объяснить физический смысл данных кривых.9. АЧХ И ФЧХ цепи Вина. Что такое квазирезонансная частота?7. Cодержание отчета• Расчеты величин, полученные при подготовке к работе.• Принципиальные схемы исследуемых RC-цепей и цепи Вина.• Таблицы с данными для построения АЧХ цепей.• Графики измерения АЧХ цепей.• Расчеты, выполненные по результатам измерений.• Анализ результатов расчета и эксперимента.20ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА БИПОЛЯРНОМТРАНЗИСТОРЕВ лабораторной работе изучается работа усилителя напряжения низкой частоты на биполярном транзисторе.
Проводится расчет усилителяпо заданным параметрам, монтаж схемы и снятие характеристик усилителя.1. ВведениеВ широком спектре радиоэлектронных устройств важной составнойчастью являются усилители сигналов. В усилителях осуществляется увеличение мощности сигналов за счет энергии сторонних источников, которые в большинстве случаев представляют собой источники постоянногонапряжения.
Именно способность увеличивать мощность сигнала отличает усилители от других устройств, повышающих амплитуду тока илинапряжения, например, трансформаторов, в которых мощность сигналане увеличивается.В настоящей работе рассматривается схема, которая носит названиеусилитель низкой частоты (УНЧ). Слово ”низкая” является относительным: в начале становления радиотехники оно было синонимом частотзвуковых колебаний (до 20 кГц), однако в настоящее время подобнаясхема с использованием быстродействующих транзисторов применяетсядля частот до сотен мегагерц. То, что усиливаются низкие частоты, вовсене означает, что будет усиливаться постоянная составляющая. В настоящем пособии рассмотрена схема, для корректной работы которой требуется ”отсекать” постоянную составляющую на входе.
При этом на выходерассмотренной схемы также появляется постоянная составляющая, которую либо оставляют, либо отсекают конденсатором в зависимости от21потребностей.Усилители часто делают как на основе транзисторов, так и с использованием специализированных микросхем. В последнем случае, если навыходе требуется больша́я мощность сигнала, к выходу микросхемы подключают дополнительный усилитель на транзисторе.
Таким образом,усилитель на транзисторе является очень важным и широко распространенным элементом. В лабораторной работе предполагается изучение усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе. В этом типе транзисторов есть пара p-n переходов, физика которых должна быть читателюизвестна, но основные моменты напомнить полезно.2. Полупроводники, типы проводимостей, p-n переход.Современные полупроводниковые усилители, как правило, изготавливаются из кремния или арсенида галлия. Кремниевые электронныеприборы получили широкое распространение в усилителях с частотами до сотен мегагерц, с другой стороны, арсенид галлия имеет большеебыстродействие и используется на частотах от сотен мегагерц до десятков гигагерц.
Для определенности будем рассматривать свойства кремниевой структуры. Химически чистый кремний обладает очень малойсобственной проводимостью, но если внести легирующие примеси можно создать проводимости различных типов.Проводимость n-типа (от сл. negative). Основные носители заряда– электроны, которые атомам собственного полупроводника отдают донорные примеси.
Например, если в четырехвалентный кремний добавитьпятивалентный фосфор, то четыре электрона примесного атома образуют химическую связь с четырьмя соседними атомами кремния в решётке,а пятый электрон оказывается слабо связанным. Этот электрон можетсвободно перемещаться между атомами кремния и, таким образом, переносит заряд.22Проводимость p-типа (от сл.
positive). Здесь основными носителями заряда являются дырки – квазичастицы, носители положительногозаряда, равного элементарному. В формировании данных квазичастицучаствуют атомы кремния, в которых не хватает одного электрона дляэлектрической нейтральности. Электрон у них забирают акцепторныепримеси. Например, если в четырехвалентный кремний добавить трехвалентный индий, то три электрона его внешней электронной оболочки образуют химическую связь с тремя соседними атомами кремния,а электрона для образования четвёртой связи недостает, и примесныйатом этот недостающий электрон захватывает у атома кремния. Последний при этом оказывается положительно заряженным, образуется дырка, которая может перемещаться от атома к атому и, таким образом,переносить заряд.Контакт полупроводников p- и n-типа называют p-n-переходом, ониспользуется не только в транзисторах, но и в диодах.–+–+Рис.
1: Виды подключения p-n-перехода, энергетические диаграммы.Кружками со знаком ”–” показаны электроны, со знаком ”+” – дырки.В отсутствии напряжения на p-n-переходе внутри в результате диф23фузионного движения электронов и дырок возникают контактная разность потенциалов и область, обедненная носителями заряда. В результате этого электрон для перехода из n-области в p-область должен двигаться против внутреннего электрического поля, то есть должен поднятьсяна потенциальный барьер (см. Рис. 1.б, на котором ось энергии электронов направлена вверх, а дырок вниз). На аналогичный барьер должна”забраться” дырка для перехода из p-области в n-область.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
