А.В. Журавлёв, Ю.И. Кузнецов, Л.Г. Прохоров и др. - Практикум по радиофизике (1119799), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Монтаж и топологию схемы производитесогласно рисунку 3.372. После монтажа схемы проверьте надежность соединений, путемнебольшого механического воздействия (”подергивания” проводников иэлементов). Если все соединения надежны, позовите преподавателя, чтобы он проверил правильность пайки схемы.3. После проверки преподавателем правильности пайки схемы включите источник питания (не подключая его к схеме) и установите на нёмнеобходимое значение напряжения питания. Подключите усилитель к источнику питания.
При этом минус (или общий провод) источника питания нужно соединить с ”землей” схемы, а плюс – с клеммой ”Eп ”.4. Проверьте выбор рабочей точки. Для этого измерьте напряжениемежду коллектором и эмиттером транзистора. Это напряжение (Uэк )должно быть приблизительно равно Eп /2. Если это условие не выполняется в пределах 20%, то нужно провести корректировку путём измененияRб .5. Подсоедините коаксиальным кабелем выход генератора ко входуусилителя. Выход усилителя подсоедините к У-входу осциллографа, переведите его режим по переменной составляющей (∼ или AC).6.
Включите генератор и осциллограф. Установите частоту генера√тора в середину рабочего диапазона (f0 = fв fн ). Изменяя амплитудусигнала генератора, добейтесь изображения выходного сигнала усилителя на экране неискаженной гармонической формы. При этом амплитуда выходного напряжения УНЧ не должна превышать расчетной Uмакс .Отметим, что осциллографом удобнее измерять не амплитуду сигнала,а его размах (разницу между максимальным и минимальным значениями или, другими словами, удвоенную амплитуду).
Некоторые цифровыеосциллографы могут измерять последнюю величину в автоматическомрежиме (при этом она часто обозначается как напряжение ”от пика допика”, например Upk-pk ).387. Измерьте с помощью осциллографа напряжение генератора и запишите это значение, после этого не меняйте амплитуду сигнала генератора.8.
Оцените коэффициент передачи схемы по напряжению на средней√частоте и диапазон частот по уровню 1/ 2 от максимального значениякоэффициента усиления. При необходимости скорректируйте величинукоэффициента усиления схемы изменением сопротивления Rэ . Если этипараметры близки к заданным в упражнении, то можно приступать кснятию характеристик усилителя.e U (f )| при уровне входного сиг9. Снимите АЧХ усилителя KU = |Kнала, гарантирующем отсутствие нелинейных искажений сигнала на выходе усилителя (который был установлен в п. 6 и измерен в п. 7). Постройте график АЧХ в полулогарифмическом масштабе: линейном покоэффициенту усиления и логарифмическом по частоте. Отметьте гра√ницы частотного диапазона fн и fв по уровню 1/ 2 от максимальногозначения коэффициента усиления KU .10.
Проведите сравнение экспериментальных результатов с расчетными данными.10. Контрольные вопросы1. Принцип работы биполярного транзистора.2. Назначение элементов УНЧ в схеме с ОЭ.3. Выбор активного режима работы, установка рабочей точки.4. Что такое нелинейность в УНЧ? Каковы её проявления?5. Как осуществляется ООС в УНЧ с ОЭ?6. Какие элементы схемы и физические явления ограничивают частотный диапазон усиления УНЧ.7. Последовательность расчёта УНЧ по схеме с ОЭ.3911.
Содержание отчёта1. Расчёты, полученные при подготовке к работе.2. Принципиальная схема усилителя с номиналами деталей.3. Таблицы с данными для построения АЧХ.4. Графики измеренных АЧХ.5. Анализ сравнения результатов расчёта и эксперимента.40ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬВ лабораторной работе изучаются характеристики операционныхусилителей, типы обратных связей в усилителях, исследуются усилители с разными частотными характеристиками и полосами усиления наоснове операционных усилителей.1. ВведениеЗадача усиления электрических сигналов часто встречается в самыхразличных устройствах — от мобильных телефонов до сверхчувствительных измерительных установок.
В большом числе случаев для решениятаких задач не нужно собирать усилитель самостоятельно (как это делалось в лабораторной работе ”Усилитель низкой частоты на транзисторе”),а можно использовать уже готовый. Часто самым разумным вариантом является использование усилителя в виде микросхемы. Обычно такой усилитель имеет достаточно сложную внутреннюю схему, содержитнесколько десятков транзисторов и оптимизирован для различных применений. Сочетание минимального веса и габаритов, а также простотаиспользования делают применение микросхем гораздо более предпочтительным, чем самостоятельное изготовление усилителя на транзисторах.Наиболее часто использующийся тип усилительных микросхем — операционные усилители.
Название «операционный» возникло исторически,так как изначально они использовались в аналоговых вычислительныхмашинах для осуществления математических операций.412. Операционные усилителиОперационным усилителем (ОУ) называют дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим собственным коэффициентом усиления и несимметричным выходом.Почти всегда имеется в виду исполнение такого усилителя в виде микросхемы.Разберем это определение подробнее. «Дифференциальный»означает, что у такого усилителя есть два входа, а усиливаемым сигналом является разность потенциалов между этими входами. Один извходов обозначается знаком ’+’ и называется неинвертирующим, другойобозначается ’–’ и называется инвертирующим (иногда инвертирующийвход обозначается кружочком).
Входное напряжение усилителя определяется как разность потенциалов между неинвертирующим и инвертирующим входами. Соответственно, при постоянном положительном потенциале на неинвертирующем входе при заземленном другом входе выходное напряжение также положительно, а при положительном потенциалена инвертирующем входе при заземленном неинвертирующем входе – выходное напряжение отрицательно. «Усилителем постоянного тока»называется усилитель, который может работать как с переменными, таки с постоянными сигналами (не ”отсекает” постоянную составляющую).Усилителями с «несимметричным выходом» называют усилители, укоторых выходное напряжение снимается между единственной выходнойклеммой и «землей».
Отметим, что кроме уже упомянутых двух входов,одного выхода и ”земли” к операционному усилителю необходимо подключать питание (обычно двухполярное), которое необходимо для преобразования энергии источника питания в энергию сигнала.Рассмотрим типичные характеристики операционных усилителей.Собственный коэффициент усиления операционного усилителя42e o (f ) (см.
определение в лабораторной работе ”УНЧ на транзисторе”)Kобычно составляет 104 − 107 на низких частотах (до 100 Гц) и уменьшается с увеличением частоты. Столь большой коэффициент усиленияприводит к тому, что операционные усилители почти всегда используются с цепью обратной связи. Введение обратной связи позволяет создатьусилитель с нужным коэффициентом усиления, при необходимости — cчастотно-зависимым или переменным (обратные связи будут подробноразобраны в следующем разделе).Входным сопротивлением усилителя называют отношение приложенного к входу напряжения к силе тока на входе усилителя. В большинстве применений желательно иметь максимально большое входноесопротивление, как у идеального вольтметра.
Типичное значение входного сопротивления ОУ — от 1 МОм и выше. Входное сопротивлениеэлектрометрических ОУ может достигать 1015 Ом. Из-за столь большоговходного сопротивления в большинстве случаев входной ток ОУ можносчитать нулевым.Выходное сопротивление определяется как отношение изменениявыходного напряжения к изменению силы выходного тока (аналогично внутреннему сопротивлению батареи или источника напряжения).Крайне желательно чтобы выходное напряжение не менялось при изменении нагрузки, поэтому в ОУ выходное сопротивление делается достаточно малым.
Типичное выходное сопротивление ОУ составляет 10 –100 Ом. Кроме выходного сопротивления, для описания мощности выходного сигнала, которую может обеспечить операционный усилитель, может использоваться максимальный выходной ток операционногоусилителя и минимальное допустимое сопротивление нагрузки.Предельная скорость изменения выходного напряжения составляет обычно 1 – 1000 В/мкс. Она может приводить к искажениямвысокочастотных сигналов большой амплитуды.43У идеального операционного усилителя: собственный коэффиe o и входное сопротивление Rвх стремятся к бесконечноциент усиления Kсти, выходное сопротивление Rвых = 0, скорость нарастания напряжениябесконечно большая.Несколько вариантов того, как операционный усилитель обозначается в схеме, приведено на Рис. 1. Инвертирующий вход обозначаетсязнаком ”-” или кружочком, неинвертирующий вход обозначается знаком”+” или не подписывается.
Выход всегда расположен справа. Питаниеусилителя обычно расположено сверху и снизу и обозначается ±U или±E. Часто на принципиальных схемах провода питания и заземленияОУ не изображаются, предполагается, что они подключены к источникупитания.Рис. 1: Обозначения операционных усилителейСтоит отметить, что ОУ обладает нелинейностью, то есть существует нелинейная зависимость выходного напряжения от входного. Поэтомукоэффициент усиления зависит также и от амплитуды напряжения входного сигнала, что необходимо учитывать при усилении сигналов [3, 5, 7].3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
