3.3. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка описана в разд.1.3 (с. 6,7). Стабилитрон VD5 расположен на сменнной плате ( см. рис. 2.5 ) в верхней левой ее части. Эмиттер стабилитрона подключен к гнезду Л2, а база - к гнезду П3.
3.4. Порядок выполнения работы
1. Снимите ВАХ вашего стабилитрона. Для этого соберите схему ( без сопротивления нагрузки R н), представленную на рис. 3.2. Для создания регулируемого источника питания ( Uвх= 012 В) следует последовательно соединить источники U1 и U2. Стабилитрон подключите к нему через ограничительный резистор Rогр= 200 Ом. Параллельно резистору подсоедините вольтметр В7-26, а параллельно стабилитрону - Щ-4313. Включите их, и дайте время приборам прогреться. Снимите данные, необходимые для построения ВАХ. Для этого следует постепенно ( через 1 В) изменять напряжение на выходе источника питания в пределах, указанных выше. Изменение величины напряжения на стабилитроне измеряйте с
помощью одного из вольтметров, а с помощью другого по величине падения
напряжения на известном резисторе косвенным способом регистрируйте
18
значение тока, проходящего через стабилитрон. По полученным экспериментальным данным постройте ВАХ, из которой найдите величину R диф.
2. Подключите к схеме по п.1 сопротивление нагрузки R н= 1 кОм. Изменяя величину напряжения U вх = 101 В, измерьте изменение напряжения на нагрузке. По формулам (3.1) и (3.3) рассчитайте значения К сти К`ст сравните их между собой.
3.5. Содержание отчета о работе
1. Цель работы и краткие теоретические сведения.
2. Принципиальные электрические схемы эксперимента.
3. Результаты измерения ВАХ в виде таблицы и графика.
4. Значение R дифстабилитрона.
5. Расчетные формулы и значение коэффициента стабилизации К ст для условий эксперимента.
6. В выводах по работе сравните полученное вами значение R диф с данными, взятыми из справочника.
3.6. Контрольные вопросы
1. Что понимается под параметрической стабилизацией напряжения ?
2. Каков физический принцип работы стабилитрона ?
3. Почему желательно, чтобы входное напряжение варьировалось в указанных выше пределах ?
4. От чего зависит коэффициент стабилизации, и какие меры можно предпринять для его увеличения ?
3.7. Библиографический список
1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3 т. : Т.1/ Пер. с англ. - 4-е изд. - М. : Мир, 1993. - 371 с.
2. Прянишников В. А. Электроника: Курс лекций. - СПб. : Корона принт, 1998. - 400 с.
3. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И. Аналоговая и цифровая электроника . - М. : “Горячая Линия-Телеком”, 2000. - 768 с.
19
Лабораторная работа № 4
УСИЛИТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ
4.1. Цель работы
Исследование параметров и характеристик усилителя постоянного тока (УПТ) без обратной связи (ОС) и в случае его охвата цепью ОС.
4.2. Краткие теоретические сведения
Основные параметры и характеристики усилителя.
1. Коэффициент передачи по напряжению- отношение выходного напряжения к входному
, (4.1)
Модуль этого выражения получил название - коэффициент усиления по напряжению
, (4.2)
2. Входное сопротивление усилителя-
,
модуль входного сопротивления
, (4.3)
3. Выходное сопротивление усилителя-
,где
и
напряжение и ток на его выходных зажимах при подаче сигнала со стороны выхода ; модуль выходного сопротивления
, (4.4)
20
Если усилитель представить как эквивалентный источник сигнала, то выходное сопротивление будет представлять собой его внутреннее сопротивление (рис.4.1).
Рис.4.1. Эквивалентная схема усилителя
4. Амплитудная характеристика (АХ)- зависимость модуля выходного напряжения от модуля входного Uвых = F(Uвх). Примерный график АХ изображен на рис.4.2,а.
Рис. 4.2. Амплитудная характеристика: а - форма выходного сигнала на линейном участке АХ (кривая 1), б - при наличии ограничения (кривая 2)
Прямая 1 - АХ идеального усилителя. Кривая 2 - АХ реального усилителя. При входных напряжениях больше, чем Uвх max , наступает
21
ограничение выходного сигнала (см. рис. 4.2, б), поэтому АХ реального усилителя начинает существенно отличаться от линейной. Величина Uвх maxопределяется допустимыми искажениями выходного сигнала. При отсутствии входного сигнала на выходе усилителя присутствует некоторое
напряжение Uвыхо, обусловленное внутренними шумами и наводками на цепи усилителя. На участке от Uвх min до Uвх maxискажения выходного сигнала достаточно малы (линейный участок АХ). Этот участок является рабочим, где можно считать, что Uвых=Кu Uвх.
Величину
d = Uвх max./ Uвх min , (4.5)
называют динамическим диапазоном. Обычно он выражается в децибелах
D = 20 lg (d) , (4.6)
Следует заметить, что непосредственное измерение величины Uвх min затруднительно, а в некоторых случаях невозможно поэтому считают, что
Uвх min= Uвых о/ Ku , (4.7)
5. Амплитудно- частотная характеристика (АЧХ)- зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты Ku=F(f). График типовой АЧХ усилителя переменного тока представлен на рис.4.3 (кривая 1). Для удобства анализа АЧХ условно разбивается на три области: область низких частот НЧ, средних частот СЧ и высоких частот ВЧ.
Рис. 4.3. Амплитудно-частотная характеристика
22
В области СЧ коэффициент усиления
практически не зависит от частоты.
Частотой среза fсназывают частоту,
на которой коэффициент усиления
уменьшается в
раз относительно его значения K
uoв области СЧ.
Интервал частот между нижней частотой среза fсн и верхней частотой среза fсв называют полосой пропускания усилителя. Для УПТ нижняя граничная частота равна нулю (рис.4.3, кривая 2). Такой усилитель способен усиливать сигналы с частотой, равной нулю.
6. Зависимость аргумента коэффициента передачи от частоты = F(f) называютфазо-частотной характеристикой (ФЧХ)Она характеризует зависимость сдвига фаз между входным и выходным напряжением от частоты. Идеальная и реальная ФЧХ усилителя изображены на рис.4.4, кривые 1 и 2 соответственно.
Рис.4.4. Фазо-частотная характеристика
7. Переходная характеристика (ПХ)-зависимость выходного напряжения от времени Uвых(t) = F[Uвх (t)] при скачкообразном изменении входного. Эта характеристика определяет процесс перехода усилителя из одного состояния в другое. На рис. 4.5 представлены характерные ПХ усилителей. ПХ усилителя характеризуется следующими параметрами. Временем нарастания t нар . Оно определяется как время, в течение которого выходной сигнал изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 своего установившегося значения. Выброс на фронте d - относительная разность между максимальным значением выходного сигнала в области малых времен
23
и установившимся значением. Спад в области больших времен - относительная разность между установившемся значением и его текущим значением в момент времени tсп.. Как известно [1], АЧХ и ПХ усилителя однозначно связаны между собой. Области малых времен ПХ соответствует область высоких частот АЧХ. Если АЧХ в области высоких частот имеет пологий спад, то между t нар и fсв существует приближенная связь -
f св= 0,35/ t нар. Области больших времен ПХ соответствует область низких частот АЧХ.
Рис.4.5. Переходная характеристика
Обратной связью (ОС)называют процесс передачи части сигнала из выходной цепи усилителя во входную (см. рис.4.6).
Рис. 4.6. Схема обратной связи в усилителе
24
Если сигнал обратной связи в точке С вычитается из входного (находится в противофазе с входным), то такую ОС называют отрицательной(ООС). Если сигнал обратной связи складывается с входным ( находится в фазе с входным) , то такую ОС называютположительной (ПОС).
Обратная связь оказывает существенное влияние на характеристики усилителя. Под действием ООС уменьшается коэффициент усиления, расширяется полоса пропускания усилителя, уменьшаются нелинейные искажения, стабилизируется коэффициент усиления. Под действием ПОС коэффициент усиления увеличивается , полоса пропускания сужается, нелинейные искажения увеличиваются, стабильность коэффициента усиления ухудшается. По этой причине в усилительных устройствах в основном используют ООС.
Обратная связь влияет также на входное и выходное сопротивление усилителя. В зависимости от вида ОС и способа её подключения к выходным и входным зажимам усилителя входное и выходное сопротивление может как увеличиваться, так и уменьшаться в достаточно больших пределах.