Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 6
Исследование транзисторного усилителя по схеме с общин эмиттером
1. Цель работы
Исследование основных показателей и характеристик усилителя, а также изучение методики и получение практических навыков по их измерению.
2. Теоретические сведения
Усилителем электрических колебаний называется устройство, которое предназначено для усиления по мощности входного электрического сигнала без искажения его формы и частоты за счет потребления энергии источника питания.
Необходимость в усилителе возникает тогда, когда мощность источника сигнала меньше требуемой мощности на выходной нагрузке.
Общая структурная схема усилителя приведена на рис.1.
Входной сигнал от управляющего источника Eг поступает на входные клеммы (1 - 2) усилителя через внутреннее сопротивление источника Rг. Мощность источника входного сигнала выделяется на входном сопротивлении усилителя Rвх. Нагрузка усилителя подключается к клеммам (3 - 4). Основным элементом усилителя является усилительный элемент (биполярный или полевой транзистор), который вместе с резистором нагрузки и источником питания выходную цепь усилителя. Источник входного сигнала действует не непосредственно на нагрузку, а на вход усилительного элемента. Принцип усиления электрического сигнала заключается в преобразовании энергии источника питания в энергию переменного выходного сигнала путем изменения проводимости усилительного элемента по закону изменения входного сигнала.
К основным параметрам усилителя относятся:
1) коэффициент усиления
2) входное сопротивление – сопротивление между входными клеммами усилителя для переменного входного тока Rвх= DUвх / DIвх;
3) выходное сопротивление усилителя – сопротивление между выходными клеммами усилителя при отключенном сопротивлении нагрузки Rвых= DUвых / DIвых;
4) коэффициент полезного действия (к.п.д.) ή = Рвых / Ро, как отношение мощности полезного сигнала Рвых в нагрузке усилителе к мощности Ро, потребляемой от источника питания.
К основным характеристикам усилителя относятся амплитудно-частотная (АЧХ) и амплитудная (АХ) характеристики.
Под АЧХ – К(f) усилителя понимается зависимость модуля коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала. Примерный вид АЧХ показан на рис.2.
В пределах полосы средних частот усилитель имеет наибольший коэффициент усиления - К0. Частоты, на которых коэффициент усиления уменьшается в раз относительно значения К0, называют верхней ( fB.гр.) и нижней ( fH.гр.) граничными частотами, а разница Df = fB.гр.- fН.гр – полосою пропускания усилителя. Нижней и верхней частотам полосы пропускания усилителя соответствует определенный коэффициент частотных искажений – Мн = Мв = К(f) / К0, где К(f) - коэффициент усиления усилителя на данной частоте.
АХ – Um вых = f ( Um вх ) – это зависимость амплитуды выходного напряжения Um вых от амплитуды напряжения на входе Um вх при некоторой постоянной частоте ( рис. 3).
АХ начинается не с нуля и имеет линейную часть ( 1 – 2 ) , в пределах которой пропорциональным изменениям входного сигнала соответствуют пропорциональные изменения выходного - Uвых = К ·Uвх, и горизонтальную часть, где эта пропорциональность нарушается, при этом выходной сигнал искажается. Это связано с тем, что рабочая точка транзистора попадает в область насыщения или отсечки (усилитель выходит с линейного режима). При больших амплитудах входных сигналов Um вх > Uвх max выходное напряжение усилителя перестает возрастать. АХ ограничивается сверху потому, что размах Uвых не может превышать величину напряжения питания.
Присутствие напряжения на выходе усилителя при Uвх < Uвх. min и даже при Uвх = 0, определяется собственными шумами усилителя. Участок ниже от точки ( 1 ) обычно не используют.
Отношение амплитуды максимально допустимого входного напряжения к минимально допустимой D = Uвх.mах / U вх.min – называют динамическим диапазоном усиления усилителя. ( Uвх.mах – U вх.min ) – рабочий диапазон линейного усиления входного напряжения.
Нелинейность характеристики при входных напряжениях меньше чем Uвх.min, поясняется наличием собственных шумов и помех усилителя.
В зависимости от схемы включения биполярного транзистора усилитель можно построить по схеме:
- с общей базой – ОБ;
- с общим эмиттером – ОЭ;
- с общим коллектором – ОК.
Исследованию подлежит наиболее распространенная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме ОЭ, которая приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема усилительного каскада на БТ по схеме ОЭ
Рассмотрим состав схемы и назначение элементов.
VT – биполярный транзистор ( БТ ) – усилительный элемент.
RН – нагрузка усилителя, на которой выделяется усиленный сигнал.
RК – коллекторная нагрузка транзистора по постоянному току.
EК – источник питания.
Отметим: VT вместе с RК и EК образуют главную (выходную) цепь усилителя, в которой осуществляется усиление сигнала. Остальные элементы схемы выполняют вспомогательную роль. Так например, делитель напряжения R1, R2 задает режим покоя БТ, подавая на вход каскада постоянное напряжение UБ.
RЭ, СЭ – обеспечивают температурную стабилизацию режима покоя.
С1 і С2 – разделительные конденсаторы: С1 исключает поступление постоянного напряжения на источник входного сигнала; С2 исключает поступление постоянного напряжения с коллектора на нагрузку.
Для расчета режима покоя схемы, параметры элементов которой известны, используют следующие формулы:
где ;
где UБЭ0 = 0,7В;
.
Основные параметры каскада определяют по следующим соотношениям:
1.где
2. .
3. 4. , где
3. Задание лабораторной работы
Виртуальная схема исследования в среде Еlectronics Workbench ( ЕWB) приведена на рис. 5.
Рис. 5. Схема исследования характеристик и параметров усилителя
Значения параметров элементов схемы следующие:
VT – 2N3904 - биполярный транзистор n-p-n типа; ЕК = 15 В; R1 =10 кОм; R2 = 2 кОм; RK = 2 кОм; RЭ =660 Ом; RH = 2 кОм; С1 = С2 = СЭ = 50 мкФ.
Задание
3.1. Для заданных параметров элементов схемы рис. 5 рассчитать величину напряжения в точке – UБ, значения токов делителя – ІД, базы – ІБ, эмиттера – ІЭ, коллектора – ІК и величину напряжения – UКЭ, которые определяют режим покоя.
3.2. Открыть файл со схемою ( см. рис. 5 ). Нажав на кнопку “ Пуск ” включить схему. Записать результаты измерения напряжения и токов в таблицу. Сделать выводы.
3.3. Рассчитать основные параметры схемы усилителя – RВХ; RВИХ; KU; KI.
3.4. Снять и построить амплитудную характеристику усилителя. Определить KU; RВХ; RВЫХ.
3.5. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику усилителя. Определить fН.гр ; fВ.гр ; Df = fВ.гр - fН.гр .
3.6. Провести сравнительный анализ теоретических расчетов и результатов эксперимента, сделать выводы по каждому пункту задания.
4. Методические указания по выполнению работы
Цель: убедиться в наличии на выходе исследуемого усилителя усиленног и неискаженного сигнала.
Для этого:
Цель: определить максимально допустимую амплитуду сигнала на входе исследуемого усилителя, которая соответствует линейному режиму работы усилителя.
Для этого:
4.3. Исследовать амплитудно-частотную характеристику усилителя
Цель: исследовать зависимость амплитуды выходного напряжения от частоты входного сигнала при постоянном уровне сигнала на входе и оценить влияние емкостей разделительных конденсаторов и емкости в цепи эмиттера на АЧХ усилителя.
Для измерения АЧХ усилителя необходимо:
Для этого:
- поддерживая постоянным уровень сигнала на входе усилителя, уменьшать частоту генератора до тех пор, пока уровень сигнала на выходе не уменьшится в раз относительно уровня выходного сигналу в области средних частот;
- измерять значения нижней граничной частоты fН гр и результаты измерения записать в отчетном журнале.
Для этого:
- поддерживая постоянным уровень сигнала на входе усилителя, увеличивать частоту генератора до тех пор, пока уровень сигнала на выходе не уменьшится в раз относительно уровня выходного сигналу в области средних частот;
- измерять значения верхней граничной частоты fВ гр и результаты измерения записать в отчетном журнале.
По результатам измерений в отчетном журнале построить АЧХ усилителя.
4. Оценить влияние емкостей разделительных конденсаторов и емкости в цепи эмиттера на АЧХ усилителя.
4.4. Измерение входного сопротивления усилителя
Входное сопротивление усилителя измеряют на средних частотах, где оно имеет активный характер, с применением метода дополнительного резистора. Дополнительный резистор включается последовательно между генератором сигнала и входом усилителя. Методика измерения входного сопротивления усилителя следующая:
1. Закоротить ( перемычкою) дополнительный резистор и устанавливают на входе усилителя напряжение, которое равно напряжению генератора UВХ0 = ЕГ.
5. Содержание отчета
5.1. Цель работы
5.2. Схема исследования
5.3. Таблицы с результатами измерений, а также графические зависимости
5.4. Краткие выводы по работе
6.1. Пояснить, в чем заключается принцип усиления.
6.2. Укажите, по каким признакам классифицируют усилители электрических сигналов и какие основные параметры и характеристики они имеют.
6.3. Какие Вы знаете режимы работы усилительного каскада и чем они обеспечиваются?
6.4. Приведите схемы задания режима покоя усилительного каскада и поясните принцип их действия.
6.5. Почему возникает потребность в температурной стабилизации усилителя и как она обеспечивается?
6.6. Что такое обратная связь в усилителях и как она влияет на их параметры и характеристики?
6.7. Поясните назначение элементов схемы каскада усиления на БТ по схеме ОЭ.
6.8. Как на выходных статических характеристиках построить линию нагрузки по постоянному току.
Київський університет економіки і технологій
транспорту
кафедра АЦСП
“Дослідження транзисторного підсилювача з емітерним зворотнім зв'язком.”
для студентів спеціальності 7.092507
K(f)
K0
0,707K0
0
f
fВ. ГР
Н. ГР
Рис. 2. Амплитудно-частотная характеристика усилителя усилителяпідсилювача
Um вых ВИХ
0
2
1
Uвх.mах
Uвх.min
Um вх
Рис.3. Амплитудная характеристика усилителя
U4
KT3
R11
R10
C9
C6
C8
C7
10
9
R7
C5
R12
C4
C3
R8
R6
R3
6
7
8
U3
KT2
U2
R9
C2
V1
U1
C1
KT1
BX
5
4
R2
R1
R5
R4
+15В
Источник питания
Rвх
Rг
Rвых
Rн
Eвых
Eг
Uвх
Рис.1. Структурная схема усилителя
Uвых
1
2
3
4