1.4. Задание к работе в лаборатории

1.4.1 Ознакомиться с методикой проведения измерений с применением программы Electronics Workbench.

1.4.2 Исследовать амплитудно-частотные характеристики:

• схемы без коррекции;

• схемы с частотно-независимой обратной связью;

• схемы с эмиттерной высокочастотной коррекцией.

По измеренным данным определить граничные частоты f_н и f_в и коэффициент передачи по напряжению на средней частоте К(f_ср)

1.4.3 Исследовать переходные характеристики схемы:

а) в области малых времен:

• без коррекции;

• с эмиттерной высокочастотной коррекцией.

б) в области больших времен:

• без коррекции;

• схемы с частотно-независимой обратной связью.

По измеренным данным определить время установления фронта импульса (t_у) и относительный спад плоской вершины (D).

1.5. Порядок выполнения работы

1.5.1 Запустить программу Electronics Workbench. После заверше-ния загрузки управляющей оболочки необходимо открыть схему лабораторной установки, для чего выбрать в меню File команду Open, (либо щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме в линейке меню) а затем из предложенного списка выбрать файлlab4.ewb.

1.5.2 Измерить амплитудно-частотные характеристики. Измерения проводятся с помощью Боде-плоттера для нескольких вариантов схемы, отличающихся величинами емкостей в цепи эмиттера (С4, С5), а также выходной разделительной емкости (С2) и емкости нагрузки (С3). Подключение различных емкостей в цепи эмиттера производится с помощью переключателей S1 и S2 нажатием соответствующей клавиши (“1” или “2”) на клавиатуре. Изменение величин С2 и С3 выполняется с учетом рекомендаций.

Произвести измерения логарифмической АЧХ для следующих вариантов:

а) без коррекции и без обратной связи по переменному току (С5 включен):

• при номинальных значениях С2 и С3 (соответственно 2,7мкФ и 500пФ);

• при уменьшении С2 и увеличении С3 (соответственно 75 нФ и 900пФ);

б) для схемы с частотно-независимой обратной связью (С5 и С4 выключены)

при номинальных значениях С2 и С3 (соответственно 2,7мкФ и 500пФ);

в) с эмиттерной высокочастотной коррекцией (С4 включен, С5 выключен) при номинальных значениях С2 и С3 (соответственно 2,7мкФ и 500пФ).

По измеренным АЧХ определить значения граничных частот f_н и f_в и определить К(f_ср). Граничные частоты определяются при допустимых частотных искажениях М_н = М_в = 3 дБ.

Указание. Анализ АЧХ производится в следующем порядке.

1. Двойным щелчком левой кнопки мыши на пиктограмме открыть расширенное окно Боде-плоттера.

2. Включить схему с помощью переключателя . После появления частотной характеристики в окне Боде-плоттера выключить схему повторным нажатием на переключатель.

3. Выбрать функцию Display Graphs, для чего щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме (на панели инструментов). Для удобства работы можно развернуть окно на весь экран. В панели инструментов окна Display Graphs выбрать функцию “Bode”, после чего в окне отобразятся графики логарифмических частотных характеристик (ЛАЧХ и ЛФЧХ) схемы. Далее следует выбрать график ЛАЧХ, для чего надо щелкнуть на нем левой кнопкой мыши. После того как выбор сделан, появляется возможность нанести на график сетку (путем нажатия на пиктограмму), а также вывести на график два курсора (путем нажатия на пиктограмму) для точного определения координат любой точки на кривой частотной характеристики. При вызове курсоров появляется дополнительное окно, в котором отображаются параметры расположения обоих курсоров. Окно Analysis Graphs принимает вид, представленный на рисунке 4.1.2. Для передвижения курсора надо навести указатель мыши на него и, удерживая левую кнопку мыши, перевести курсор на нужное место.

В окне Gain будут указаны координаты точек пересечения первого (х1, у1) и второго (х2, у2) курсоров с выбранной характеристикой.

Кроме этого, в этом же окне указаны разность координат двух точек пересечения курсоров по оси х (dx) и по оси у (dy), а также максимальные и минимальные значения характеристик для выбранной области построения.

Таким образом, перемещая курсоры, можно определить нижнюю и верхнюю частоты, на которых коэффициент передачи уменьшается на 3 дБ. Коэффициент передачи на средней частоте определяется при перемещении одного из курсоров на средний участок АЧХ, где величина К имеет постоянное значение.

После проведения измерений для заданного варианта схемы окно Analysis Graphs закрывается, производится изменение параметров для следующего варианта и процесс измерений, описанный в п. 1–3 повторяется.

Рисунок 4.1.2. Пример исследования ЛАЧХ с применением окна Analysis Graphs

Замечание: при использовании программ компьютерного моделирования измерение частотных характеристик не требует установки необходимого напряжения на генераторе, поскольку все характеристики нелинейных элементов для заданного режима работы автоматически линеаризуются, а испытательный сигнал формируется самим Боде-плоттером независимо от источника входного сигнала.

1.5.3. Исследовать переходную характеристику каскада в области малых времен (t_и = 5 мкс). Измерения производятся с помощью осцилло-графа (см. с. 10 -13) при подачи прямоугольных импульсов с частотой f_с = 100 кГц и амплитудой U_mист = 20 мВ на вход исследуемого усилителя.

Перед проведением измерений необходимо открыть окно многофункционального генератора, для чего дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме на схеме лабораторной установки. После этого выбрать значение частоты (в полеFrequency), амплитуду (в поле Аmplitude) и форму сигнала (). Обратить внимание на единицы измерения.

Исследовать переходные характеристики для следующих вариантов:

а) без коррекции и без обратной связи по переменному току (С5 включен)

• при номинальных значениях элементов;

• при увеличении емкости нагрузки (С3 = 900 пФ);

б) с эмиттерной высокочастотной коррекцией (С5 выключен, С4 включен) при номинальном значении емкости нагрузки (С3 = 500 пФ);

Для всех вариантов зарисовать форму выходного сигнала и измерить время установления импульса.

Указание. Анализ переходной характеристики производится в следующем порядке.

1. Двойным щелчком левой кнопки мыши на пиктограмме открыть расширенное окно осциллографа.

2. Включить схему с помощью переключателя .

3. Установить развертку по оси времени (ячейка “Time base”) таким образом, чтобы на экране осциллографа подробно рассмотреть форму выходного напряжения в течение одного периода сигнала (рекомендуемое значение - 1m s/div). Кроме этого, следует установить удобные значения масштабов напряжения по каналам “А” и “В” (соответственно для входного и выходного сигналов). Для удобства измерения можно сместить сигналы относительно друг друга, используя регулировки в ячейке “Y-position”.

4. Для измерения временных параметров нужно остановить про-цесс моделирования повторным нажатием на переключатель или кнопку Pause.

5. Пример расширенного окна осциллографа показан на рис. 4.1.3.

Рисунок 4.1.3. Пример исследования ПХ с применением осциллографа

По аналогии с исследованием частотных характеристик, в расширенном окне осциллографа можно использовать курсоры для измерения временных параметров. Для определения времени установления (t_у) первый курсор устанавливается на уровень 0.1, а второй – на уровень 0.9 относительно установившегося значения. Тогда временной интервал, показанный в соответствующей ячейке “Т2 – Т1” будет составлять искомое значение. Если фронт импульса очень крутой (для схемы с высокочастотной коррекцией), можно “растянуть осциллограмму”, уменьшив время развертки в ячейке “Time base”.

1.5.4. Исследовать переходную характеристику каскада для области больших времен (t_и = 2500 мкс), для чего подать с выхода генератора на вход схемы прямоугольные импульсы с частотой f_с = 200 Гц.

Исследовать переходные характеристики для следующих вариантов:

а) без коррекции (С5 включен) – при номинальных значениях элементов;

б) без коррекции, при уменьшении С2 в 1,5 – 2 раза;

б) с частотно-независимой обратной связью (C4 и С5 выключены) - при номинальных значениях элементов схемы.

Для всех вариантов измерить спад плоской вершины и зарисовать форму выходного сигнала схемы.

Указание. Методика работы с окном осциллографа подробно изложена в п. 1.5.3. Рекомендуемое значение развертки – 0.5 ms/div.