Контрольные вопросы:

1_. Какие существуют типы электропроводности полупроводников?

2. Как устроен транзистор?

З. Что такое четырехполюсник?

4. Как создать режим Х.Х. на входе и на выходе транзистора?

5. Как создать режим К.3. для входной и выходной цепи транзистора?

6. Как получаются системы Z , Y, Н – параметров?

7_. Какой физический смысл Z , Y, H – параметров транзистора?

8. Как усиливает кристалл (схема с общей базой)?

9. Каковы достоинства и недостатки транзисторов по сравнению с электронными лампами?

Лабораторная работа №5. Усилители напряжения низкой частоты.

Цель работы: Целью работы является исследование схем усилителей напряжения низкой частоты. В ходе работы исследуется влияние величины элементов схем на частото-амплитудные характеристики усилителя, выясняется зави­симость коэффициента нелинейного искажения от величины амплитуды подводимого напряжения.

Приборы и оборудование:

1. Звуковой генератор.

2. Измеритель нелинейных искажений.

3. Источник питания.

4. Стенд для изучения усилителя низкой частоты.

Теоретические замечания.

Усилителем называется четырехполюсник, предназначенный для того, чтобы за счет энергии источника питания увеличить интенсив­ность подводимых колебаний, не изменяя их формы. Усилители обычно строят по блок-схеме, приведенной на рисунке:

рис.1.

Преобразователем энергии постоянного тока источника питания в энергию усиленных колебаний служит электронная лампа или тран­зистор, которые управляются усиливаемыми колебаниями. Зажимы усилителя, к которым подводятся управляющие колебания, называются вход­ными, к выходным зажимам присоединяется сопротивление нагрузки R_Н.

Напряжение входного сигнала U_ВХ недостаточно для возбуждения той лампы (транзистора), которая непосредственно развивает заданную мощность в нагрузке усилителя Р. Поэтому усилитель составляется из нескольких ступеней (каскадов), каждая из которых содержит все основные элементы, характерные для усилителя. Выходная ступень явля­ется усилителем мощности, предоконечная ступень может быть как усилителем напряжения, так и усилителем мощности. Предварительные каскады пред­назначены для усиления напряжения до величины, обеспечивающей возбуждение следующей ступени.

Основные параметры усилителей.

Коэффициент усиления усилителя может быть по напряжению K_И, по току K_I, и по мощности K_P.

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз напряжение, ток или мощность на выходе усилителя больше соответствующих зна­чений на его входе.

, ,

Коэффициент усиления можно выразить в децибелах:

(децибел – логарифмическая единица измерения, используемая для измерения отношения двух значений какой-либо величины. В радио­технике децибелы применяются для измерения усиления). Измерение коэффициента усиления в логарифмических единицах вызвано физической особенностью нашего слуха. С изменением физи­ческой силы звука субъективное ощущение громкости меняется про­порционально не силе звука, а логарифму его изменения:

; ; .

Усиление или ослабление на 1 дб примерно соответствует наи­меньшему измерению силы звука, которое ощущает человеческое ухо.

При нескольких каскадах усилителя их общий коэффициент усиления равен:

или в децибелах:

Номинальная выходная мощность – наибольшая мощность, отдавае­мая усилителем в нагрузку, при которой искажение не превышает задан­ной величины:

, ВА

Z_Н – полное сопротивление нагрузки в Омах. Нормальная выходная мощ­ность составляет 0,1 от P_Н.

Полоса пропускания частот (полоса пропускания) – это область частот, в пределах которой изменение коэффициента усиления не выходит за пределы допустимого. Обычно, на граничных частотах f_max и f_min допускается уменьшение коэффициента усиления на 3 дб по сравнению с величиной его на средних частотах.

Амплитудно – частотная характеристика – зависимость коэффициен­та усиления от частоты или зависимость выходного напряжения от частоты. Строится частотная характеристика в логарифмическом мас­штабе: по оси абсцисс откладывают логарифмы частот, по оси ординат – значение

где: U_ВЫХ – выходное напряжение на данной частоте,

U_ВЫХ1000 – выходное напряжение на частоте 1000 Гц.

Частотные искажения – искажения, обусловленные и вызываемые непостоянством коэффициента усиления на разных частотах. Степень искажения на отдельных частотах выражается коэффициентом частот­ных искажений, равным отношению коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на данной частоте. Коэффициент частотных искажений в области низких звуковых частот равен:

в области верхних звуковых частот:

где K_С, K_Н, K_B коэффициенты усиления на средних, нижних и верхних частотах.

Нелинейные искажения - искажения, обусловленные наличием в схеме усилителя нелинейных элементов (транзистор, электронная лампа, транс­форматор). Нелинейные искажения проявляются в том, что на выходе усилителя возникают новые частоты (гармоники и комбинационные токи), которых не было на входе. Коэффициент нелинейных искажений равен отношению корня квадратного из суммы квадратов выходных напряжений высших гармоник, возникающих в результате нелинейных искажений, к выходному напряжению основной частоты при подаче синусоидального сигнала на вход усилителя:

Для передачи сигналов от одного каскада к другому применяют­ся различные схемы связи. Основные схемы связи: прямая (гальваническая), резисторно-ёмкостная, трансформаторная, дрос­сельная и резисторно – трансформаторная. Название усилительного каскада определяется применяемой в нём схемой связи.

Гальваническая связь между каскадами применяется в усилителях постоянного тока; такое соединение осуществляется с помощью ак­тивных сопротивлений.

Каскад с резисторно – ёмкостной связью называется резисторным. Нагрузкой усилительного элемента служит активное со­противление R_Н, на котором выделяется усиленный сигнал. Раздели­тельный конденсатор С_P преграждает путь постоянному току, но в то же время обладает малым сопротивлением для тока усиливаемого сигнала. Такой усилитель прост по схеме, не требует дефицитных и дорогостоящих деталей и обеспечивает равномерное усиление в поло­се частот от 30 до 15000 Гц. Недостатками его являются: значительная величина выходного сопротивления, что исключает возможность работы последующего каскада с входными токами, необходимость боль­шого напряжения анодного питания. В таком каскаде используются триоды с большим статическим коэффициента усиления μ или пентоды.

В дроссельном каскаде усиления низкой частоты в качестве анодной нагрузки лампы применяют дроссели низкой частоты с сер­дечником, имеющие примерно 10-20 тыс. витков для получения ин­дуктивности в несколько десятков генри. Большая индуктивность необходима для получения усиления. Активное сопротивление обмот­ки дросселя невелико, поэтому потеря питающего анодного напряжения небольшая, что является достоинством дроссельного усилителя, Недостатком дроссельного усилителя является несколько большая величина частотных искажений, чем в усилителях на сопротивлениях. Нужно использовать триоды с большим μ или пентоды.

В трансформаторном каскаде усилителя низкой частоты в качестве нагрузки применяется трансформатор с сердечником из стальных пластин. Это дорогой усилитель, имеющий большие габариты и вес. К достоинствам трансформаторного усилителя относится большой коэффициент усиления и малое выходное сопротивление, что позво­ляет использовать следующий каскад в режиме работы с токами сет­ки и легко осуществить симметричный (двухтактный) выход.

Выбор соответствующего коэффициента трансформации позволяет создать для усилительного элемента наивыгоднейшую нагрузку и получить на нагрузке возможное наибольшее напряжение и мощность. Поэтому трансформаторная схема связи наибольшее применение нахо­дит в оконечных каскадах усилителей.

Напряжение источника питания может быть выбрано несколько меньшим. В трансформаторном усилителе напряжения низкой частоты могут быть использованы триоды с небольшим коэффициентом усиления μ .

Каскад с резисторно – трансформаторной связью имеет те же дос­тоинства, что у дроссельного и трансформаторного усилителя. Недос­татком его является уменьшение коэффициента усиления за счет сни­жения крутизны характеристики μ из-за падения постоянного анод­ного напряжения в сопротивлении R_Н и за счет шунтирования анодной цепи лампы этим сопротивлением.