Часть 2

–подключите осциллограф к выходу усилителя;

–изменяя сопротивление R1, добейтесь симметричного ограничения

выходного напряжения Uвых;

–подключите осциллограф к входу усилителя;

–установите на ГС амплитуду напряжения Uвх»0,05 В.

1.3.1.Исследование влияния емкости разделительного конденсатора С2 на амплитудно-частотную характеристику УЗЧ

–К выходу усилителя подключите осциллограф или вольтметр.

–Снимите амплитудно-частотную характеристику УЗЧ для емкостей конденсаторов С2=10 мкФ и С4=0 (без конденсатора). Результаты занесите в таблицу 1.1.

							Таблица 1.1
F, Гц	50	100	500	1000	5000	10000	50000	100000
Uвых, В
К= Uвых/Uвх
lg F

–Снимите амплитудно-частотную характеристику УЗЧ для емкостей конденсаторов С2=0,1 мкФ и С4=0. Результаты также занесите в таблицу 1.1.

–Определите полосу пропускания УЗЧ.

1.3.2. Исследование влияния величины емкости нагрузкиС4 на ампли- тудно-частотную характеристику УЗЧ.

– Снимите амплитудно-частотную характеристику УЗЧ для емкостей конденсаторов С2=10 мкФ и С4=0,1 мкФ. Результаты также занесите в табли-

цу 1.1.

– Определите полосу пропускания УЗЧ.

1.4. Выполнение лабораторной работы с использованием программы моделирования электронных схем “Electronics Workbench”.

1.4.1. Соберите схему для изучения режима работы УЗЧ, изображенную на рис.1.6.

1.4.2. Установите форму колебаний генератора«синусоида», частоту 1 кГц, амплитуду 10 мВ, режим работы вольтметров на измерение постоянного напряжения (DC), сопротивление переменного резистора базового делителяR1 40 %. Запишите величины постоянных напряжений на электродах транзистора и зарисуйте форму входного и выходного напряжения с экрана осциллографа в подходящих масштабах. Определите коэффициент усиления усилителя как отношение двойных амплитуд выходного и входного сигналов.

10

Рис. 1.6. Принципиальная схема для изучения режима работы УЗЧ

1.4.3.Повторите измерения для сопротивления переменного резистора базового делителя 25 % и 100 %. Сделайте выводы.

1.4.4.Увеличьте амплитуду входного напряжения до100 мВ, сопротивление переменного резистора установите 40 %. Повторите измерения. Сделайте выводы.

1.4.5.Для исследования влияния емкостей разделительного конденсатора

инагрузки на амплитудно-частотную характеристику УЗЧ соберите схему, изображенную на рис. 1.7. Здесь С3 – разделительный конденсатор, С4 – емкость нагрузки.

Рис. 1.7. Принципиальная схема для изучения влияния емкости конденсаторов на амплитудно-частотную характеристику УЗЧ

11

1.4.6. Установите форму колебаний генератора«синусоида», частоту 1 кГц, амплитуду 10 мВ, режим работы вольтметра на измерение переменного напряжения (AC), сопротивление переменного резистора базового делителяR1

40% , емкость конденсатора С3=50 мкФ, С4=0 мкФ.

1.4.7.Изменяя частоту генератора согласно таблице1.1, снимите АЧХ усилителя, результаты запишите в таблицу. Определите полосу пропускания УЗЧ.

1.4.8. Повторите измерения .1.п2.9 для емкостей конденсаторов С3=0,5 мкФ и С4=0 мкФ, а затем для С3=50 мкФ и С4=0,05 мкФ. Сделайте выводы.

1.4.9. Повторите измерения .1.п2.9 для емкостей конденсаторов С3=50 мкФ и С5=0,05 мкФ и сопротивлении нагрузки R5=1 кОм. Сделайте выводы.

1.5.Содержание отчета:

–Цель работы.

–Принципиальная электрическая схема усилителя и функциональная схема установки для проведения эксперимента.

–Данные эксперимента: амплитудно-частотные характеристики для различных значений емкостей С2 и С4 (С3 и С5).

–Выводы.

1.6. Контрольные вопросы

–Какая схема включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОК) наиболее употребительна в резистивных каскадах УЗЧ и почему?

–Изобразите схему резистивного каскада УЗЧ и поясните назначение элементов.

–Как выбирается режим работы УЗЧ?

–Какой вид имеет амплитудно-частотная характеристика резистивного УЗЧ и в чем ее отличие от идеальной частотной характеристики?

–Что такое частотные искажения и как они оцениваются?

–Какой вид имеет амплитудная характеристика УЗЧ и в чем ее отличие от идеальной амплитудной характеристики?

–Что такое полоса пропускания усилителя и как она определяется?

–Что такое нелинейные искажения и как они оцениваются?

–Как влияет величина емкости разделительного конденсатора на ход частотной характеристики УЗЧ?

–Как влияет величина емкости нагрузки на ход частотной характеристики УЗЧ?

–Как влияет величина нагрузочного резистора на ход частотной характеристики УЗЧ?

12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЯ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

2.1.Цель работы: исследование влияния отрицательной обратной связи на показатели качества работы УЗЧ.

2.2.Краткие сведения из теории

Для уменьшения всех видов искажений сигнала в усилитель звуковой частоты вводится отрицательная обратная связь(ООС), при которой часть выходного напряжения подается на вход усилителя в противофазе с входным сигналом.

По способу подачи на вход УЗЧ напряжения обратной связи различаются схемы с последовательной (рис. 2.1а) и параллельной ООС (рис. 2.1б), а по способу снятия напряжения обратной связи с выхода УЗЧ различают схемы с ООС по току (рис. 2.1а) и по напряжению (рис. 2.1б).

U	вх	&	Uвых	Uвх	&
		К			К

Iвых

									b&
		b&
Uос
						Uос

Z1

Uвых

Z2

а)	б)
Рис. 2.1. Обратные связи в УЗЧ: а) – последовательная по току;
б) – параллельная по напряжению
Четырехполюсник К на структурных схемах изображает усилитель с ко-
эффициентом усиления

&	(2.1)
К = К ×еxp( jjк )

а четырехполюсник b – цепь обратной связи с коэффициентом передачи

		U&
b& =			ос	= b ×еxp(jjb )	(2.2)
		&
	U		вых

13

где К и b – модули коэффициентов передачи усилителя и цепи обратной связи, а jк, и jb– сдвиги фаз, вносимые усилителем и цепью обратной связи в выходной сигнал.

Введение ООС в УЗЧ уменьшает его коэффициент усиленияКоос, и он становится равным

К

Коос = (2.3.)

1+ bК

Однако все другие показатели качества работы УЗЧ с обратной связью улучшаются. Частотная характеристика становится более равномерной, расширяется полоса усиливаемых усилителем частот, уменьшаются частотные искажения сигнала в рабочем диапазоне частот Fн ... Fв (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Частотные характеристики УЗЧ а) без ООС б) с ООС

При введении ООС расширяется линейный участок амплитудной характеристики, что сопровождается уменьшением нелинейных искажений.

Рис. 2.3. Амплитудные характеристики УЗЧ а) без ООС б) с ООС

14

На величину входного Rвх и выходного Rвых сопротивлений введение ООС влияет следующим образом. Последовательная ООС увеличивает входное сопротивление усилителя, а параллельная – уменьшает в (1+bК) раз по сравнению с Rвх УЗЧ без обратной связи. Обратная связь по току увеличивает выход-

ное сопротивление УЗЧ, а ООС по напряжению уменьшает Rвых в (1+bК) раз. Частотнозависимая ООС позволяет произвести коррекцию частотной ха-

рактеристики УЗЧ в соответствии с техническим заданием на разработку усилителя, обеспечивая подъем или спад характеристики на требуемом участке диапазона усиливаемых частот.

В качестве примера УЗЧ с ООС рассмотрим схему, представленную на рис. 2.4. За счет сопротивления R4 в этой схеме образуется последовательная ООС по току.

Рис. 2.4. Принципиальная схема УЗЧ с ООС

Коэффициент обратной связи равен:
b =	Uос	=	R4	,	(2.4.)
Uвых			Rэн

где Rэн – эквивалентное сопротивление нагрузки

	Rэн	=	R3 Rн		,
			R3	+ Rн

где Rн – входное сопротивление следующего каскада.

15

Схема лабораторной установки На рис. 2.5 изображена принципиальная схема исследуемого усилителя.

Рис. 2.5. Принципиальная схема исследуемого УЗЧ

ГС						УЗЧ					Осц.

Рис. 2.6. Структурная схема установки для изучения УЗЧ с ООС

2.3.Порядок выполнения работы

-Соберите схему согласно рис. 2.5 и 2.6.

-Включите тумблер "Сеть" базового блока.

-Установите частоту генератора сигналов (ГС) 1000 Гц.

-Установите рабочее смещение на базеVT 1, соответствующее середине линейного участка ВАХ. С этой целью:

-подключите осциллограф к входу усилителя;

-установите на ГС амплитуду напряжения Uвх»0,5 В;

-подключите осциллограф к выходу усилителя;

-изменяя сопротивление R1, добейтесь симметричного ограничения выходного напряжения Uвых;

-подключите осциллограф к входу усилителя;

-установите на ГС амплитуду напряжения Uвх»0,05 В.

16

2.3.1. Исследование влияния отрицательной обратной связи на амплитуд- но-частотную характеристику УЗЧ

- Снимите АЧХ УЗЧ для значения емкостиС3=10 мкФ (без ООС). Результаты занести в таблицу 2.1.

							Таблица 2.1
F, Гц	50	100	500	1000	5000	10000	50000	100000
Uвых, В
К=
Uвых/Uвх
lg F

- Снимите АЧХ УЗЧ без конденсатора(С3=0, с последовательной ООС по току). Результаты также занесите в таблицу, аналогичную 2.1.

– Определите полосу пропускания УЗЧ с ОС и без ОС.

2.3.2.Исследование влияния ООС нелинейные искажения

-	Установите	амплитуду входного напряженияUвх=0,5 В и			частоту
F=1000 Гц.
-	Зарисуйте	осциллограмму	выходного	напряжения	для	случаев
С3=10 мкФ (без ООС) и С3=0 (с ООС).

2.3.3. Исследование влияния ООС на амплитудную характеристику УЗЧ

-Выставьте частоту входного сигнала F = 1000 Гц.

-Изменяя амплитуду входного сигнала, снимите амплитудную характе-

ристику			УЗЧ, т.е. зависимость	Uвых = f(Uвх),	для	случаев С3 = 0	(с ООС) и
С3 = 10		мкФ (без ООС).
-			Результаты занесите в таблицу 2.2.				Таблица 2.2
	Uвх, В		0	0,05	0,1	0,15	0,2

Uвых, В с ООС

Uвых, В без ООС

2.4. Выполнение лабораторной работы с использованием программы моделирования электронных схем “Electronics Workbench”.

2.4.1. Соберите схему для исследования транзисторного усилителя с возможностью подключения отрицательной обратной связи(ООС) по току, приведенную на рис. 2.7. Верхнее положение переключателя «Space» (управля-

17

ется клавишей «Пробел»), соответствует включенной ООС, нижнее - отключенной.

2.4.2. Установите частоту выходного напряжения генератора 1 кГц, амплитуду – 10 мВ, режим работы вольтметра на измерение переменного напряжения (AC), масштаб по оси времени осциллографа– 0,2 мс/дел, чувствительность канала А – 10 мВ/дел, канала В – 1 В/дел, диапазон частот индикатора частотных характеристик 1 Гц – 10 МГц, диапазон амплитуд – 0¼50 дБ, масштаб по обеим осям – логарифмический.

Рис. 2.7. Принципиальная схема для изучения транзисторного усилителя

сотрицательной обратной связью по току

2.4.3.Установите переключатель в нижнее положение(без ООС). Активизируйте схему, по показаниям вольтметра определите коэффициент усиления по напряжению, а также срисуйте АЧХ усилителя с экрана индикатора частотных характеристик. Определите верхнюю и нижнюю граничные частоты на уровне – 3 дБ.

2.4.4.Установите переключатель в верхнее положение (с ООС). Повторите действия п. 2.3.6., АЧХ срисуйте на тот же график. Сделайте выводы о влиянии ООС на коэффициент усиления усилителя и диапазон усиливаемых частот.

2.4.5.Увеличьте амплитуду входного напряжения до 100 мВ. Зарисуйте осциллограммы выходных напряжений для схем без ООС и с ООС. делайте выводы о влиянии ООС на нелинейные искажения.

2.4.6.Для схем без ООС и с ООС снимите и зарисуйте амплитудные характеристики усилителя т.е. зависимость Uвых(Uвх). Амплитуду входного напряжения Uвх изменяйте согласно таблице 2.2, туда же занесите результаты измерений Uвых. Сделайте выводы о влиянии ООС на диапазон входных напряжений.

18

2.5.Содержание отчета

-Цель работы.

-Принципиальная схема усилителя и функциональная схема установки для проведения эксперимента.

-Данные эксперимента – АЧХ УЗЧ с ООС и без ООС (показать влияние ООС на полосу пропускания УЗЧ), амплитудные характеристики с ООС и без ООС.

-Выводы.

2.6.Контрольные вопросы

-Что такое обратная связь и с какой целью она вводится в усилитель?

-Какие виды обратной связи Вы знаете?

-Что такое коэффициент обратной связи?

-Как влияет обратная связь на коэффициент усиления усилителя?

-Как влияет обратная связь на ход амплитудно-частотной характеристики УЗЧ?

-Как влияет обратная связь на частотные и нелинейные искажения сиг-

нала?

-Каково влияние обратной связи на амплитудную характеристику уси-

лителя?

-Как влияет обратная связь на выходное сопротивление усилителя?

-Как влияет обратная связь на входное сопротивление усилителя?

-Изобразите схему усилителя с отрицательной обратной связью по току.

-Изобразите схему УЗЧ с отрицательной обратной связью по напряже-

нию.

19