3- 3_Аналоговая схемотехника_Лабораторная / Аналог. схемотехника л_р 3. Вар. 3
.docТомский межвузовский центр дистанционного образования
Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
«Аналоговая схемотехника»
Избирательные усилители и генераторы гармонических колебаний
Лабораторная работа № 3
Учебное методическое пособие «Аналоговая схемотехника»
авторы А.В. Шарапов, Ю.Н. Тановицкий 2003 г.
Вариант 3
Выполнил:
студент ТМЦДО
специальности 210106
???
группа – ???
???
г. ???
2010 г
Цель работы: исследование характеристик избирательного усилителя с параллельным и последовательным колебательным контуром и построение LC и RC – генераторов гармонических колебаний.
Программа работы.
1. Собрать избирательный усилитель с параллельным колебательным контуром (рис. 1.1.). Снять ЛАЧХ и ЛФЧХ, задавая диапазон изменения частоты от 100 кГц до 10 МГц. Оценить резонансную частоту, коэффициент усиления на частоте резонанса и добротность каскада. Добротность определяется отношением резонансной частоты к полосе пропускания на уровне 3 дБ.
Рис. 1.1.
Рис. 1.2.
Рис. 1.3.
Нижняя полоса fн = 298,6 кГц, верхняя fв = 750 кГц. Частота резонанса f0 = 479 кГц.
Уберём источник сигнала, и разделительный конденсатор C2 (рис. 1.4.). Замерим IБ, UКЭ, IК. Определим h-параметры по ВАХ транзистора.
Определим рабочую точку транзистора.
UКЭ0 = 12,88 В.
IК0 = 23,83 мА.
IБ1 = 122,4 мкА.
Рис. 1.4.
Рис. 1.5.
Для определения дифференциального выходного сопротивления транзистора в рабочей точке (рис. 1.5.) проведём касательную к соответствующей выходной характеристике через рабочую точку и определим её наклон.
По выходным характеристикам может быть также определён коэффициент передачи транзистора по току h21Э. Если ток коллектора транзистора в рабочей точке равен IК0 при токе базы IБ1, то поднявшись по линии UКЭ0, найдем координаты точки при токе базы IБ2 и определим h21Э.
Рис. 1.7.
Аналогично по входным характеристикам может быть определено входное сопротивление транзистора (рис. 1.7.). Для этого через рабочую точку проводится касательная к входной характеристике и h11Э рассчитывается, исходя из наклона этой касательной.
Сопротивление контура зависит от частоты. На резонансной частоте f0 = R0 оно имеет максимальное значение.
Коэффициент усиления каскада на частоте резонанса.
Добротность каскада.
2. Исследовать частотную характеристику избирательного усилителя с последовательным колебательным контуром (рис. 2.1.). Диапазон изменения частоты установить от 1 Гц до 1 ГГц. Оценить избирательность усилителя по отношению ко второй гармоники резонансной частоты.
Рис. 2.1.
Рис. 2.2.
Избирательность усилителя по отношению ко второй гармонике резонансной частоты.
Резонансная частота f = 187 кГц, Нижняя частота fн = 23,1 кГц, Верхняя частота fв = 1,37 МГц.
3. Собрать трёхточечный LC – генератор по схеме Колпитца (рис. 3.1.). Пронаблюдать работу схемы. Оценить амплитуду и частоту генерируемых колебаний. Объясним явления, которые происходят при замени резистора R1 номиналом 5 кОм на резисторы номиналом 4 кОм и 6 кОм.
Рис. 3.1.
При запуске схемы генерирование не наблюдается. Амплитуда на выходе генератора +10 В. При замене сопротивления R1, номиналами 4 и 6 кОм не каких изменений не происходит.
4. Собрать пассивную цепь (рис. 4.1.) и снять ее ЛАЧХ и ЛФЧХ. Принять R = 23 кОм, С = 1000 пФ. Зафиксировать частоту квазирезонанса и сравнить её с расчётным значением (ω0 = 1 / RC). Оценить коэффициент передачи на этой частоте.
Рис. 4.1.
Рис. 4.2.
Резонансная частота по графику ЛАЧХ составляет 6,58 кГц. Сравним с расчетным значением.
Оценим коэффициент передачи на частоте 6,58 кГц.
Рис. 4.3.
Для этого подадим напряжение 5 В, частотой 6,58 кГц. Замерим напряжение на выходе.
Рис. 4.4.
Как видно из осциллограммы напряжение на выходе равно 1,67 В. Отсюда подсчитаем коэффициент передачи Uвых / Uвх. K = 1,67 / 5 = 0,334.
5. Собрать и испытать генератор гармонических колебаний с мостом Вина (рис. 5.1.). Источник напряжением 5 В используется совместно с диодом для ограничения амплитуды колебаний. Оценить частоту и амплитуду генерируемых колебаний. Во сколько раз амплитуда колебаний на неинвертирующем входе ОУ меньше, чем на выходе?
Рис. 5.1.
Рис. 5.2.
Рис. 5.3.
Оценим частоту и амплитуду колебаний. Как видно из осциллограммы амплитуда колебаний равняется от +12,47 В до -20 В. Из осциллограммы видно, что за 50 мс проходит 30 импульсов. Один импульс приблизительно будет равен 1,7 мс. Отсюда 1000 / 1,7 = 588 Гц.
Рис. 5.4.
Амплитуда на неинвертирующем входе ОУ равняется ±6,7 В. Амплитуда +6,7 В меньше в 1,86 раз чем на выходе (+12,47 В), -6,7 В меньше в 2,98 раз чем на выходе (-20 В).
Контрольные вопросы:
-
Назовите известные вам области применения избирательных усилителей;
Области применения усилителей, усилители высокой частоты, усилители промежуточной частоты, в системах теле-радио-механики, в измерительной техники.
-
Поясните различие между фильтрами верхних и нижних частот;
Фильтры верхних и нижних частот предназначены для очистки сигнала. ФНЧ предназначен для подавления сигналов в диапазоне частот выше той частоты, которая нам нужна, ФВЧ для подавления сигналов ниже нужной нам частоты.
-
Нарисуйте зависимость от частоты модуля комплексного сопротивления последовательного и параллельного колебательных контуров;
Используются формулы для сопротивления при параллельном и последовательном соединении резисторов. При этом все математические операции производятся по правилам действий над комплексными числами. Например, импеданс последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки индуктивности будет равен:
Сопротивление параллельного колебательного контура на резонансной частоте стремится к бесконечности. Последовательный колебательный контур, сопротивление которого на резонансной частоте стремится к нулю.
-
Сформируйте условия баланса фаз и амплитуд, необходимые для возникновения колебаний в автогенераторах;
С момента пуска условия баланса амплитуд и фаз выполнены: T>1, φк + φос = 2πn и в автогенераторе возникают и нарастают колебания от Uвых = 0 до Uвых амплитуды. На этапе установления колебаний уравнение баланса амплитуд автогенератора превращается в неравенство T>1 и время нарастания колебаний до стационарного уровня будет тем меньше, чем сильнее это неравенство.
-
Какие средства используются для получения хорошей формы синусоидальных колебаний в генераторах с мостом Вина?
Особенностью генератора является необходимость достаточно точно поддерживать величину коэффициента усиления усилителя. При уменьшении коэффициента усиления колебания затухают, при увеличении – амплитуда выходного напряжения начинает возрастать, вплоть до насыщения выходных каскадов усилителя, что приводит к искажению формы выходного сигнала. Для поддержания синусоидальной формы выходного напряжения, предусмотрена цепь автоматической регулировки усиления (АРУ). Активным элементом АРУ является полевой транзистор. Транзистор работает в режиме регулируемого резистора. На затвор транзистора подается выпрямленное и сглаженное напряжение с выхода генератора. При увеличении выходного напряжения транзистор подзапирается, его сопротивление "сток-исток" возрастает, шунтирующее действие транзистора уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя, а значит и к восстановлению исходного значения амплитуды сигнала на выходе генератора. Уменьшение амплитуды выходного напряжения оказывает обратное действие. Наличие глубокой отрицательной связи в схеме обеспечивает высокую стабильность усилительного звена в RC-генераторе. Поэтому температурная нестабильность частоты генераторов определяется, в основном, зависимостью от температуры параметров элементов RC-звена обратной связи.