Лабораторная работа 9 усилитель с rc-связями

1. Цель работы

Определить параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе по переменному току и сравнить их с расчетными значениями.

2. Подготовка к выполнению работы

• Изучите схему усилителя переменного тока. Объясните назначение элементов схемы, в том числе транзистора.

• Укажите элементы схемы, обеспечивающие обратную связь.

• Продумайте методику проведения исследований.

• Ответьте на контрольные вопросы.

3. Расчетная часть

-Вычислить коэффициент усиления по напряжению однокаскадного усилителя

К_U = В (9.1)

где R_КН – параллельное соединение сопротивлений R_К и R_Н. Сопротивление R_К вычислено в предыдущей работе. Сопротивление нагрузки принять R_Н ≈ 2R_К. Выбрать ближайшее большее значение из ряда Е12 (1; 1,2; 1,5; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2).

Статический коэффициент усиления транзистора В = h₂₁ и значение R_ВХ взять из предыдущих работ.

- Вычислить емкостное сопротивление конденсатора С_Э на частоте 2000 Гц. Убедиться, что Х_Сэ < R_Э;

4. Общие положения, термины и определения

Вэлектроникеусилителем называют устройство, предназначенное для увеличения мощности электрических сигналов. Увеличение мощности сигнала в усилителях происходит за счет энергии источника питания. С позиции теории электрических цепей усилитель представляет собой управляемый источник (рис.17), выходная мощность которого превышает входную.

Основные параметры усилителя:

• коэффициент усиления по напряжению

; (9.2)

28

• коэффициент усиления по току

; (9.3)

• коэффициент усиления по мощности

; (9.4)

• входное сопротивление

; (9.5)

• выходное сопротивление

(9.6)

,

где U_ВХ – напряжение на входе усилителя;

U_ВЫХ – напряжение на выходе усилителя;

I_ВХ – входной ток усилителя;

I_ВЫХ – выходной ток усилителя;

P_ВХ – входная мощность усилителя;

P_ВЫХ – выходная мощность усилителя;

U_ВЫХ (R_Н = ∞) – напряжение на выходе усилителя в режиме холостого хода;

U_ВЫХ (R_Н) – напряжение на выходе усилителя при заданном сопротивлении нагрузки R_Н ≠ ∞;

I_ВЫХ (R_Н) – выходной ток усилителя при заданном сопротивлении нагрузки R_Н ≠ ∞.

В реальных усилителях указанные параметры являются комплексными величинами и зависят от частоты сигнала f.

Характеристики и параметры усилителей могут быть улучшены при введении обратной связи, под которой понимают передачу сигнала с выхода усилителя на его вход.

Если усилитель и канал обратной связи образуют замкнутую петлю только по постоянному току, то имеет место, обратная связь по постоянному току. Если усилители и канал обратной связи образуют замкнутую петлю только по переменному току, то имеет место обратная связь по переменному току.

Обратную связь называют частотнонезависимой, если коэффициент передачи канала обратной связи не зависит от частоты. В противном случае обратную связь называют частотнозависимой.

Обратную связь называют положительной, если сигналы источника и канала обратной связи суммируются, и отрицательной, если сигналы источника и канала обратной связи вычитаются.

29

В зависимости от того, как снимается сигнал обратной связи с выхода усилителя, различают:

• обратную связь по напряжению, когда напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению усилителя;

• обратную связь по току, когда напряжение обратной связи пропорционально выходному току усилителя;

• смешанную обратную связь, когда напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению и выходному току усилителя.

В усилителях широко применяется отрицательная обратная связь по постоянному току, которая позволяет стабилизировать режим работы (рабочие точки) активных элементов усилителя.

Введение отрицательной обратной связи по переменному току влияет на параметры усилителя следующим образом:

• отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления по напряжению;

• последовательная отрицательная обратная связь увеличивает входное сопротивление, независимо от способа снятия сигнала обратной связи с выхода усилителя;

• отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя, а отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление, независимо от способа введения сигнала обратной связи во входную цепь усилителя.

Назначение элементов усилительного каскада на переменном токе рисунок 18. Входной сигнал u_ВХ подается на базу транзистора через разделительный конденсатор С1. Усиленный сигнал u_ВЫХ снимается с резистора R_К и через разделительный конденсатор С2 подается в нагрузку R_Н. Конденсатор С1 исключает влияние источника сигнала на режим работы транзистора по постоянному току. Конденсатор С2 исключает влияние нагрузки на режим работы транзистора по постоянному току.

Режим работы транзистора по постоянному току задается делителем напряжения в цепи базы R_Б1, R_Б2 и сопротивлением в цепи эмиттера R_Э.

Резистор R_Э служит для стабилизации режима работы транзистора. Стабилизирующее действие резистора R_Э объясняется тем, что падение напряжения на нем является напряжением отрицательной обратной связи.

Конденсатор в цепи эмиттера С_Э устраняет обратную связь по переменному току, что предотвращает снижение коэффициента усиления. Емкость конденсатора С_Э выбирают такой, чтобы его сопротивление в полосе пропускания усилителя было пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением резистора R_Э, поэтому переменная составляющая напряжения на сопротивлении R_Э в полосе пропускания усилителя будет практически равна нулю.

30