Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Институт инженерной физики и радиоэлектроники СФУ

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Схемотехника аналоговых электронных устройств / u_course2.pdf

Скачиваний:

125

Добавлен:

09.06.2015

Размер:

3.34 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией

Простейшая цепь коррекции отличается от цепи эмиттерного автосмещения только величинами Rэ и Сэ . Емкость конденсатора берут такой, чтобы

его влияние сказывалось только в области частот, где необходимо осуществить коррекцию АЧХ.

Влияние емкости Сэ показано на рис. 5.31.

Анализ влияния эмиттерной коррекции на частотные характеристики коэффициента передачи для схем, представленных на рис. 5.29, рис. 5.30, можно проводить двумя способами.

При анализе эмиттерной коррекции удобно рассматривать каскад с ОЭ с частотнозависимой ООС.

НЧ-коррекция

Выше отмечалось, что развязывающий фильтр по питанию в цепи коллектора (рис. 5.32) может выполнять роль элемента НЧ-коррекции. Рассмотрим принцип работы этой коррекции.

С понижением частоты сопротивление Cф увели-

чивается, следовательно, уменьшается степень шунтиро-

Rф

вания сопротивления

R сопротивлением конденсатора

Сф

Cф . Это приводит к росту суммарного сопротивления на-

Ср

Rк

грузки каскада по переменному току Rн , и следователь-

VT1

но,

к росту коэффициента усиления.

Так,

на средних

Rн

частотах R

= R , а на частотах f

→0

→(R + R ) .

Рис. 5.32. Цепь

Характеристики АЧХ получаются следующими –

коллектора с

рис. 5.33.

фильтром Rф, Сф

Усиление на НЧ падает из-за наличия раздели-

тельных и блокировочных конденсаторов. При этом

можно выбрать Cф таким образом, чтобы

скомпенсировать влияние на ко-

эффициент усиления Cр и Cбл .

Эквивалентная схема выходной цепи приведена на рис. 5.34.

|Y|

СCp

Сф <

фопт

S·

Rкк

Сфопт

S*Uвх

Rнд

Сф = ∞

Cф

Rф

Рис. 5.33. АЧХ в области

Рис. 5.34. Эквивалентная

НЧ при различных

схема

значениях Сф

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-114-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией

Для построения широкополосных усилителей используют специальные типы каскадов (ОЭ – ОБ, ОЭ – КП) с коррекцией, которые позволяют на порядок увеличить площадь усиления по сравнению с простым реостатным каскадом.

Специальные типы каскадов с коррекцией позволяют увеличить полосу пропускания в области НЧ или ВЧ. В соответствии с этим коррекцию подразделяют на НЧ и ВЧ, на простую и сложную. В основном используется простая параллельная коррекция.

При простой параллельной коррекции в выходную цепь усилительного каскада включают индуктивность. Индуктивность совместно с емкостью нагрузки образует параллельный колебательный контур, что приводит к росту сопротивления нагрузки и подъему АЧХ в области верхних частот. Простая параллельная коррекция индуктивностью используется в ламповых каскадах и каскадах на полевых транзисторах.

Основной вид коррекции в усилительных каскадах на транзисторах – коррекция эмиттерной противосвязью. Выигрыш в площади усиления примерно такой же, как и в случае простой параллельной коррекции.

Заданиедляподготовкикработе

1.Ознакомьтесь с целями, задачами и содержанием лабораторнойработы.

2.Изучите теоретические сведения к работе.

частотных характеристик усилительного каскада с частотной коррекцией и технологией исследования аналоговых устройств посредством моделирования на ПЭВМ.

4.Пройдите входное тестирование или опрос для допуска к работе.

1.Задание для экспериментального исследования усилительного каскада с частотной коррекцией

Необходимо провести измерение основных параметров и характеристик усилительного каскада с частотной коррекцией: амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), коэффициента усиления Kу, полосы пропускания Пус, коэффициента нелинейных искажений Kг, спектра выходного сигнала.

Указания по выполнению задания

1.1. Выполните соединение с сервером с титульного экрана АПК УД «Схемотехника аналоговых электронных устройств» (см. рис. 3.10), нажав клавишу «Подключение».

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-115-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией

Выберите лабораторную работу «Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией».

Откройте лицевую панель виртуального лабораторного стенда, нажав клавишу «Начать выполнение».

1.2. Ознакомьтесь с лицевой панелью виртуального лабораторного стенда и отображенной на нем схемой измерения.

1.3.Проведите измерения в соответствии с нижеприведенными частными заданиями (пунктами выполнения лабораторной работы).

1.4.Определите коэффициент усиления усилительного каскада при отсутствии коррекции.

1.4.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т6 генератор сигналов (см. рис. 2.1), осциллограф (см. рис. 2.3).

1.4.2.Установите частоту генератора 1 кГц, переключатель K2 в выключенное состояние, переключатели K1, KЗ во включенное состояние.

1.4.3.Установите напряжение смещения на базе транзистора VT1

Uсм = 4,68 В.

1.4.4.Использовав значения входного Uвх и выходного Uвых напряжений, определите Kус усилителя. Для этого необходимо, изменяя Uвх в диапазоне 0,1–0,5 В, определить максимальное значение амплитуды входного сигнала, которое соответствует максимальному значению амплитуды неискаженного выходного напряжения Uвых макс.

1.4.5.Сохраните для отчета копию лицевой панели виртуального лабораторного стенда, показания цифрового индикатора и графического индикатора с помощью клавиши «Сохранить».

Необходимо помнить, что после установки каждого нового значения параметров испытательного сигнала и при изменении конфигурации лабораторного стенда, а также при изменении номиналов элементов схемы для инициализации процесса измерения следует активизировать клавишу «Измерение».

1.5. Снимите амплитудно-частотную характеристику усилителя при отсутствии коррекции.

1.5.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т6 генератор сигналов, измеритель АЧХ.

1.5.2.Установите частоту генератора 1 кГц, переключатель K2 в выключенное состояние, переключатели K1, K3 во включенное состояние, что соответствует нулевым значениям элементов коррекции. Установите сопро-

тивление нагрузки Rн = 0,67 кОм и емкость нагрузки Cн = 13 нФ. Установите параметры измерения: Fmin = 10 Гц; Fmax = 50000 Гц; амплитуда – 0,3; число шагов на декаду – 5. Зафиксируйте амплитудно-частотную характеристику посредством активизации клавиши «Сохранить», определите коэффициент усиления Kу и полосу пропускания усилителя по уровню 0,707.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-116-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией

1.6. Снимите амплитудно-частотную характеристику усилителя при низкочастотной коррекции.

1.6.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т6 генератор сигналов, измеритель АЧХ.

1.6.2.Установите частоту генератора 1 кГц, переключатель K3 в выключенное состояние, переключатели K1, K2 во включенное состояние, что соответствует подключению элементов коррекции. Установите сопротивле-

ние нагрузки Rн = 0,67 кОм и емкость нагрузки Cн = 13 нФ. Установите параметры измерения: Fmin = 10 Гц; Fmax = 50000 Гц; амплитуда – 0,3; число шагов на декаду – 5. Зафиксируйте амплитудно-частотную характеристику посредством активизации клавиши «Сохранить», определите коэффициент усиления Kу и полосу пропускания усилителя по уровню 0,707.

1.6.3.Повторите измерения, указанные в п. 1.6.2, при емкости нагрузки

Cн = 26 нФ. Зафиксируйте результаты измерений посредством активизации клавиши «Сохранить».

1.7.Снимите спектр выходного сигнала усилительного каскада.

1.7.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т6 генератор сигналов, анализатор спектра.

1.7.2.Зафиксируйте посредством клавиши «Сохранить» спектр выходного сигнала для частот 20 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 10 кГц, 12 кГц, 18 кГц, 20 кГц,

30 кГц и коэффициент нелинейных искажений Kг, соответствующий этим частотам. Результаты измерений Kг свести в табл. 5.6.

Таблица 5.6

Fс, кГц 0,02 1,0 5,0 10,0 12,0 18,0 20,0 30,0

Kг

1.7.3. Повторите измерения, указанные в п. 1.7.2, для некорректированного усилителя (п. 1.5.2). Зафиксируйте результаты измерений посредством активизации клавиши «Сохранить».

1.8. С помощью клавиши «Выход» на лицевой панели завершите выполнение лабораторного задания по экспериментальному исследованию основных параметров и характеристик усилительного каскада с частотной коррекцией.

2. Задание для исследования усилительного каскада с частотной коррекциейс помощью моделирования на ПЭВМ

С помощью программных средств моделирования системы OrCad по математической модели (см. прил. 2) произведите моделирование в соответствии с заданием, приведенным в главе 4.

Сопоставьте результаты измерений и моделирования.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-117-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией

Указания по выполнению задания

2.1. При выполнении задания руководствуйтесь описанной в главе 4 общей технологией исследования аналоговых устройств с помощью средств моделирования OrCad и методиками исследования.

2.2. Сохраните для отчета полученные путем моделирования графики характеристик усилителя низкой частоты.

Задание для обработки результатов исследования

2.3.По результатам моделирования рассчитайте коэффициент усиления, граничные частоты, полосу пропускания, коэффициент нелинейных искажений.

2.4.Сравните значения параметров усилителя, полученные путем измерения и моделирования.

Требованиякоформлениюотчетаполабораторнойработе

Отчет по лабораторной работе оформляют в виде электронного документа в текстовом редакторе Word.

В отчете должны быть приведены:

1.Общие задачи выполнения лабораторной работы.

2.Вид сохраненной лицевой панели виртуального лабораторного стенда.

3.Результаты измерений и обработки, включающие:

графики амплитудно-частотной АЧХ некорректированного усилителя

(п. 1.5.2);

графики амплитудно-частотной АЧХ частотно-корректированного уси-

лителя (п. 1.6.2, п. 1.6.3);

значения полосы пропускания и коэффициента усиления для исследуе-

мого усилителя (п. 1.4.4, п. 1.5.2, п. 1.6.2, п. 1.6.3);

графики спектра выходного сигнала усилителя и значения коэффициента нелинейных искажений (п. 1.7.2, п. 1.7.3);

4. Результаты моделирования и их обработки, включающие:

графики амплитудно-частотной характеристики, спектра выходного сигнала некорректированного и частотно-корректированного усилителя;

значения коэффициента усиления, полосы пропускания, коэффициента нелинейных искажений.

4. Выводы по лабораторной работе о степени близости результатов измерений и моделирования и соответствии их теоретическим и физическим представлениям и закономерностям.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-118-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного каскада с частотной коррекцией

Контрольныевопросы

1.Что называется усилительным устройством?

2.По каким признакам классифицируют усилительные устройства?

3.Каковы характеристики усилительных устройств?

4.Какие искажения усиленного сигнала возможны и в чем причина их проявления?

5.Какое влияние оказывают высшие гармоники на усиливаемый сигнал?

6.Как определить коэффициент гармоник?

7.Как определить коэффициент усиления усилительного устройства?

8.Что называется динамическимдиапазоном усилительного устройства?

9.Как определить суммарный коэффициент усиления усилительного устройства, состоящего из нескольких каскадов?

10.Какова передаточная функция усилительного устройства?

11.Какой вид имеют идеальная и реальная амплитудные характеристики? В чем состоит причина их различий?

12.Какой вид имеют идеальная и реальная амплитудно-частотные характеристики? В чем состоит причина их различий?

13.Каким образом определяется полоса пропускания усилительного уст-

ройства?

14.Какова эквивалентная схема биполярного транзистора?

15.Каковы эквивалентные схемы каскада для областей нижних, средних

иверхних частот?

16.Каков характер изменения амплитудной характеристики при изменении номиналов элементов схемы резистивного каскада?

17.Чем определяются значения нижних и верхних граничных частот резистивного каскада?

18.Каким образом осуществляется низкочастотная коррекция АЧХ усилительного каскада?

19.Каким образом осуществляется высокочастотная коррекция АЧХ усилительного каскада?

Лабораторнаяработа№5

Исследованиетранзисторногоусилителямощности

Цельлабораторнойработы

Закрепление теоретических знаний по аналоговым усилительным устройствам путем экспериментального исследования их характеристик и параметров с помощью измерительных средств аппаратно-программного комплекса «Схемотехника аналоговых электронных устройств» и моделирования на ПЭВМ.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-119-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Задачилабораторнойработы

К задачам лабораторной работы относятся:

освоение методов экспериментального измерения характеристик и параметров аналоговых усилительных устройств на основе современных компьютерных технологий;

исследование характеристик и энергетических показателей транзисторного усилителя мощности.

Краткиетеоретическиесведения

Усилители мощности (УМ) предназначены для передачи больших мощностей сигнала без искажений в низкоомную нагрузку. Обычно они являются выходными каскадами многокаскадных усилителей. Основная задача УМ – выделение в нагрузке возможно большей мощности сигнала, усиление напряжения в нем – второстепенный фактор.

Выбор рабочей точки покоя для БТ в усилительном каскаде, работающем в режиме А (рис. 5.35), производится таким образом, чтобы входной сигнал полностью помещался на линейном участке входной ВАХ транзисто-

ра, а значение Iб0 располагалось на середине этого линейного участка. По-

скольку режим А характерен работой транзисторов на почти линейных участках своих ВАХ, то УМ в этом режиме будет иметь минимальные нелиней-

ные искажения (обычно Kг ≤1 % ) [21].

Iк

Iб

Uкэ

= 0

Uкэ > 0

Eк / Rн =

Iб7

Iб6

Iвых

Iвх

р.т

Iк0

р.т

Iб5

Iб0

Iб4

Iб3

Iвых

Iвх

Iб2

Rн

Iб1

Iб1Uкэ

Uбэ0

Uбэ

0 Uн Uк0

Iк0 Rн

Eк

Uвх

Uвых

Uвх

Рис. 5.35. Динамические характеристики

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-120-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

При работе в режиме класса А транзистор все время находится в открытом состоянии, следовательно, угол отсечки (половина времени за период, в течение которого транзистор открыт) ϕотс =180°. Потребление мощности источника питания происходит в любой момент, поэтому каскады, работающие в режиме класса А, характеризуются невысоким КПД (в идеале

– 50 %, реально – 35–45 %). Режим усиления класса А в УМ применяется в тех случаях, когда необходимы минимальные НИ, а мощность и КПД не имеют решающего значения.

Более мощные варианты выходных каскадов работают в режиме класса В, характеризующегося ϕотс = 90°.

В режиме покоя транзистор закрыт и не потребляет мощность от источника питания, а открывается только в течение половины периода входного сигнала. Относительно небольшая потребляемая мощность позволяет получить в УМ класса В значение КПД до 70 %. Режим класса В обычно применяется в двухтактных УМ. Основной недостаток УМ класса В – большой уровень нелинейных искажений (обычно Kг ≤10 % ).

Режим класса АВ занимает промежуточное значение между режимами классов А и В и применяется в двухтактных УМ. В режиме покоя через тран-

зистор протекает небольшой ток покоя Iк0 , выводящий основную часть рабочей полуволны входного гармонического сигнала на участок ВАХ с относительно малой нелинейностью.

Угол отсечки в режиме класса АВ достигает 120–130°, КПД и НИ – средние между значениями для режимов классов А и В.

В режиме класса С транзистор заперт смещением Uсм , ϕотс = 90°, поэтому УМ класса С более экономичны, чем УМ класса В.

Однако в режиме класса С велики НИ, поэтому класс С применяется, в основном, в генераторах и резонансных усилителях, где высшие гармонические составляющие отфильтровываются резонансным контуром в цепи нагрузки.

В мощных усилителях-преобразователях находит применение режим класса D, или ключевой режим работы усилительных элементов. Данный режим в сочетании с широтно-импульсной модуляцией позволяет использовать мощные экономичные УМ, в том числе и для систем звуковой трансляции.

Таким образом, активный элемент в УМ может работать как без отсечки тока (класс А), так и с отсечкой (классы АВ, В, С, D). Класс усиления задается положением рабочей точки в режиме покоя.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-121-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Rк

Cр

Rдоп

Cр2

Rдоп

Rэ

Рис. 5.37. Фазоинверсный каскад

с раздельной нагрузкой

Рис. 5.36. Условное обозначение двухтактного усилительного каскада

Двухтактный усилительный каскад содержит два усилительных элемента, работающих поочередно со сдвигом во времени на половину периода (рис. 5.36). Основным достоинством двухтактной схемы является возможность использования экономичного режима B. Если двухтактный каскад реализован на транзисторах одинакового типа проводимости, то его возбуждение осуществляется фазоинверсионными каскадами.

Простейший вариант схемы выходного каскада – транзисторный каскад с заземленной средней точкой трансформатора.

Фазоинверсный каскад с разделенной нагрузкой – рис. 5.37.

Вданном варианте две одинаковые внешние нагрузки подключают

кэмиттеру и коллектору.

Врассматриваемой схеме коэффициенты усиления каждого плеча не превышают 1.

Недостатки схемы: низкое усиление, низкий уровень выходного напряжения, большое различие выходных сопротивлений плеч. Для устранения последнего недостатка используют добавочный резистор Rдоб .

Еп

Сбл

Т1

Т2

Uвх1

Rэс

Uвх2

Рис. 5.38. Принципиальная электрическая схема фазоинвертора

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-122-

+Еп

Т1

Rн

Uвх

Т2

–Еп

Рис. 5.39. Двухтактный каскад на эмиттерных повторителях

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Достоинства: простота схемы, низкая стоимость, хорошие характеристики на ВЧ из-за обратной связи, малый коэффициент гармоник, хорошая термостабильность, высокое входное сопротивление.

Фазоинвертор с эмиттерной связью приведен на рис. 5.38. Используются два усилительных элемента: T1 включен с ОЭ, T2 через

Cбл включен с ОБ. На T2 сигнал подается с сопротивления связи Rэс.

I0 =(0,05 −0,2) Iк max .

Двухтактныйкаскаднаосновеэмиттерногоповторителя

Схема каскада ЭП представлена на рис. 5.39.

Следует отметить, что простейшие выходные каскады строятся на базе двухтактных эмиттерных повторителей, работающих в режимах A, АВ, В.

Для обеспечения заданной мощности в нагрузке выходного каскада предварительный уси-

литель должен обладать очень большим усилением. Вся система охватывается глубокой ООС, что позволяет реализовать режим В с малым уровнем

нелинейных искажений. При положительной амплитуде входного

сигнала работает верхний транзистор T1, а T2 закрыт, при отрицательной – T2 открыт, T1 закрыт.

При отсутствии входного сигнала оба транзистора закрыты и ток покоя практически равен нулю.

Особенность схемы по сравнению с тактным ЭП: ток в нагрузке равен току, потреб-

ляемому от источника питания, амплитуда выходного напряжения может достигать значения Eп . Этим достигается высокий КПД.

Для данной схемы мощность

Pн = 12 Ia2 Rн.

При заданной нагрузке определяется предельным током и максимальной мощностью рассеивания транзистора.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-123-

Рис. 5.40. Выходной каскад усилителя, работающий в режиме «АВ»

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Uвх

•

Схема

для

режима

АВ

–

рис. 5.40. Для реализации этого режима

необходимо между базой и эмиттером

Еп

каждого транзистора включить источ-

Т1

ник U =0,6 −0,7 В.

Резисторы используются для до-

полнительной

термостабилизации

ре-

Т3

Rн

жима, реализуя ОС по току.

Поскольку R1 ,

R2 включены по-

Т4

следовательно с нагрузкой, то на них те-

ряется часть мощности, поэтому их ве-

Т2

личинадолжна бытьгораздо меньше Rн .

Возможные варианты реализации

напряжения смещения следующие:

–Еп

• Источники тока I1 , I2

необхо-

димы для того, чтобы диоды VD1,

VD2 и транзисторы T1, T 2 были открыты.

Источники следует выбирать из условия I1,2 >iб max , чтобы при макси-

мальных значениях входного сигнала VD1, VD2 , T1, T 2 были открыты. Поскольку R1 , R2 , как правило, не обеспечивают заданной термостабилизации,

то введение элементов VD1, VD2 – основной путь повышения термостабильности режима.

				+E			+Eк
				к
			VT1		R	Uсм VT1
	+	DA	R3		+ DA
Вх			R3		Вх −
Вх	−		VT 2		Вх −	VT 2
			VT 2			VT 2
				Rн	R	Uсм	Rн
					R	Uсм
			R1	−E		R1	−Eк
			R1	к		R1
	R2				R2

Рис. 5.41. УМ на основе операционных усилителей

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-124-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Широкое применение находят УМ, у которых в качестве предварительных каскадов используются операционные усилители. На рис. 5.41 приведены соответствующие схемы УМ режимов классов В и АВ.

Заданиедляподготовкикработе

1.Ознакомьтесь с целями, задачами и содержанием лабораторнойработы.

2.Изучите теоретические сведения к работе.

3.Ознакомьтесь с описанием и техническими характеристиками аппа- ратно-программного комплекса с удаленным доступом (АПК УД) «Схемотехника аналоговых электронных устройств» при измерении характеристик и энергетических показателей усилителя мощности и технологией исследования аналоговых устройств посредством моделирования на ПЭВМ.

4.Пройдите входное тестирование или опрос для допуска к работе.

1.Задание для экспериментального исследования транзисторного усилителя мощности

Необходимо провести измерение характеристик и энергетических показателей усилителя мощности, определяемых режимом класса усиления: выходного тока, выходного напряжения, выходной мощности, коэффициента полезного действия.

Указания по выполнению задания

1.1.Выполните соединение с сервером с титульного экрана АПК УД «Схемотехника аналоговых электронных устройств» (см. рис. 3.10), нажав клавишу «Подключение».

Выберите лабораторную работу «Исследование транзисторного усилителя мощности».

Откройте лицевую панель виртуального лабораторного стенда, нажав клавишу «Начать выполнение».

1.2.Ознакомьтесь с лицевой панелью виртуального лабораторного стенда и отображенной на нем схемой измерения.

1.4.Снимите амплитудную характеристику усилителя мощности.

1.4.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т5 генератор сигналов (см. рис. 2.1), осциллограф (см. рис. 2.3), анализатор спектра (см. рис. 2.4).

1.4.2.Установите частоту генератора 1 кГц. Установите сопротивление

нагрузки оконечного каскада УМ (Rн = 8 Ом). Изменив входной сигнал на входе УМ в диапазоне 0,1–0,7 В, снимите амплитудную характеристику УМ (7–9 точек). В каждой точке определите уровень нелинейных искажений,

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-125-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

использовав цифровой индикатор лицевой панели анализатора спектра. Результаты измерений свести в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Uвх

Uвых

Kг

1.4.3.Сохраните показания цифрового индикатора и графического индикатора для отчета посредством активизации клавиши «Сохранить».

Необходимо помнить, что после установки каждого нового значения параметров испытательного сигнала и при изменении конфигурации лабораторного стенда, а также при изменении номиналов элементов схемы для инициализации процесса измерения необходимо активизировать клавишу «Измерение».

1.5.Проведитеизмерение коэффициента усиления усилителя мощности.

1.5.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т5 генератор сигналов, осциллограф.

1.5.2.Использовав значения входного напряжения усилителя низкой

частоты Uвх ум и его выходного напряжения Uвых ум, определите коэффициент усиления УМ. Для этого необходимо, изменив Uвх ум в диапазоне 0,3–0,75 В, определить максимальное значение амплитуды входного сигнала, которое соответствует максимальному значению амплитуды неискаженного выходного напряжения Uвых ум max на выходе УМ.

1.6.Проведите измерение энергетических показателей усилителя мощ-

ности.

1.6.1.Подключите на схеме измерения к контрольным точкам Т1, Т5 генератор сигналов, осциллограф, анализатор спектра.

1.6.2.Использовав окно реконфигурации выходного каскада, установите типономиналы элементов выходного каскада (VT9, VT10, VT11, VT12, R12,

R13). Установите сопротивление нагрузки Rн = 8 Ом, частоту генератора 1 кГц, амплитуду входного сигнала на уровне, соответствующем началу ограничения выходного сигнала (см. п. 1.5.2).

1.6.3. Использовав цифровой индикатор измеряемого параметра и индикаторы, показывающие точки измерения, проведите измерение выходного напряжения, активизируя индикатор Т2. Определите выходной ток, выходную мощность, коэффициент полезного действия, коэффициент нелинейных искажений.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-126-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

1.6.4.Использовав окно реконфигурации выходного каскада, установите типономиналы элементов выходного каскада (VT9, VT10, VT11, VT12, R12,

R13) такие же, как в п. 1.6.2. Установите сопротивление нагрузки Rн = 4 Ом, частоту генератора 1 кГц, амплитуду входного сигнала на уровне, соответствующем началу ограничения выходного сигнала (см. п. 1.5.2).

1.6.5.Повторите измерения, указанные в п. 1.6.3.

1.6.6.Использовав окно реконфигурации выходного каскада, установите типономиналы элементов выходного каскада (VT9, VT10, VT11, VT12, R12,

R13), отличающиеся от п. 1.6.2. Установите сопротивление нагрузки Rн = 4 Ом, частоту генератора 1 кГц, амплитуду входного сигнала на уровне, соответствующем началу ограничения выходного сигнала (см. п. 1.5.2).

1.6.7. Повторите измерения, указанные в п. 1.6.3.

1.6.8. Использовав конфигурацию выходного каскада, указанную в п. 1.6.6, проведите измерения, указанные в п. 1.6.3, для трех значений тока покоя транзисторов выходного каскада.

Результаты измерений свести в табл. 5.8.

				Таблица 5.8

Ток покоя	Iвых	Pвых	Kг	КПД

I01

I02

I03

Необходимо помнить, что ток покоя транзисторов выходного каскада устанавливается подбором номиналов резисторов R12, R13 в пределах

15–25 мА.

1.7. С помощью клавиши «Выход» на лицевой панели завершите выполнение лабораторного задания по экспериментальному исследованию характеристик и энергетических показателей усилителя мощности.

2.Задание для исследования транзисторного усилителя мощности

спомощью моделирования на ПЭВМ

Сопоставьте результаты измерений и моделирования.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-127-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Указания по выполнению задания

2.2. Сохраните для отчета полученные путем моделирования графики характеристик усилителя низкой частоты.

Задание для обработки результатов исследования

2.3.По результатам моделирования рассчитайте коэффициент усиления, динамический диапазон, граничные частоты, полосу пропускания, энергетических показателей усилителя мощности

2.4.Сравните значения параметров усилителя, полученные путем измерения и моделирования.

Требованиякоформлениюотчетаполабораторнойработе

Отчет по лабораторной работе оформляют в виде электронного документа в текстовом редакторе Word.

Вотчете должны быть приведены:

1.Общие задачи выполнения лабораторной работы.

2.Вид лицевой панели виртуального лабораторного стенда.

3.Результаты измерений и обработки, включающие:

график амплитудной характеристики усилителя мощности (п. 1.4.2); значения коэффициента нелинейных искажений (п. 1.4.2); результаты расчета динамического диапазона УМ (п. 1.4.2);

значения энергетических показателей УМ при изменении типономиналов элементов схемы выходного каскада, сведенные в таблицу (п. 1.6.2,

п. 1.6.4, п. 1.6.6);

значения энергетических показателей УМ при изменении тока покоя транзисторов выходного каскада (п. 1.6.8);

4. Результаты моделирования и их обработки, включающие:

графики амплитудной, амплитудно-частотной характеристик, спектра выходного сигнала усилителя;

значения энергетических показателей УМ.

5. Выводы по лабораторной работе о степени близости результатов измерений и моделирования и соответствии их теоретическим и физическим представлениям и закономерностям.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-128-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 5. Исследование транзисторного усилителя мощности

Контрольныевопросы

1.Что называется усилительным устройством?

2.По каким признакам классифицируют усилительные устройства?

3.Каковы характеристики усилительных устройств?

4.Какие искажения усиленного сигнала возможны и в чем причина их проявления?

5.Какое влияние оказывают высшие гармоники на усиливаемый сигнал?

6.Как определить коэффициент усиления усилительного устройства?

7.Что называется динамическимдиапазоном усилительного устройства?

8.Какова передаточная функция усилительного устройства?

9.По каким признакам классифицируют усилители мощности?

10.Каковы основные характеристики усилителей мощности?

11.Какова характеристика режима класса А?

12.Какова характеристика режима класса В?

13.Какова характеристика режима класса АВ?

14.Какова характеристика режима класса С?

15.Какова характеристика режима класса D?

16.Каковы отличия режима класса В от режима класса А?

17.Каковы отличия режима класса В от режима класса АВ?

18.Каковы отличия режима класса АВ от режима класса С?

19.В чем отличие оконечных каскадов от каскадов предварительного усиления?

20.Почему максимум мощности в транзисторе однотактного каскада наблюдается в режиме покоя?

21.Каковы основные достоинства двухтактных каскадов?

22.Для чего в двухтактном каскаде необходимо противофазное управление транзисторами?

23.Каким образом определяется коэффициент полезного действия усилителя мощности?

24.Каковы особенности оконечных каскадов усилителей с очень большой выходной мощностью?

Лабораторнаяработа№6 Исследованиепреобразователейаналоговыхсигналов

наоперационныхусилителях

Цельлабораторнойработы

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-129-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 6. Исследование преобразователей аналоговых сигналов на операционных усилителях

Задачилабораторнойработы

К задачам лабораторной работы относятся:

исследование характеристик и параметров преобразователей аналоговых сигналов на операционных усилителях: инвертирующего и неинвертирующего усилителей, дифференциатора, интегратора, компаратора, логарифмического усилителя, активных фильтров нижних и верхних частот.

Краткиетеоретическиесведения

Операционным усилителем (ОУ) принято называть интегральный усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и двухтактным выходом, предназначенный для работы с цепями обратных связей. Название усилителя обусловлено первоначальной областью его применения – выполнением различных операций над аналоговыми сигналами (сложение, вычитание, интегрирование и др.). В настоящее время ОУ выполняют роль многофункциональных узлов при реализации разнообразных устройств электроники различного назначения. Они применяются для усиления, ограничения, перемножения, частотной фильтрации, генерации, стабилизации и т. д. сигналов в устройствах непрерывного и импульсного действия [21].

Инвертирующийусилитель

Схема инвертирующего усилителя показана на рис. 5.42. Сопротивление R2 = R1 вводится для компенсации смещения из-за наличия входных то-

ков в реальном ОУ.

	Rос
Iг	Iос
	a
R1
	R2
Eг	Rн
Eг

Рис. 5.42. Инвертирующий усилитель

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-130-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 6. Исследование преобразователей аналоговых сигналов на операционных усилителях

Необходимо, чтобы по каждому входу были одинаковые сопротивления. Для определения R2 необходимо учитывать выходное сопротивление

собственно усилителя Rвых и внутреннее сопротивление генератора Rг .

Обратная связь в данной схеме параллельна по напряжению. Учитывая, что в идеальном ОУ K = ∞, Rвх =∞, можно записать:


	Kос −			Rос		;
	Kос −					;
				R1
Rвхос = R1 + Rос / K0 ;
Rвыхос	=		R вых				.
Rвыхос	=	1+ K				R1	.
						R1

					Rос + R1

При K →∞ Rвыхос →0.

При Rос = R1 получаем повторитель напряжения.

Неинвертирующийусилитель

Схему неинвертирующего усилителя можно представить в следующем виде (рис. 5.43).

	Rг	Rос
		Rос
	Eг	Rн
	Eг	R1
		R1

Рис. 5.43. Неинвертирующий усилитель на ОУ

Для данной схемы
Uос = β Uвых	=Uвых	R1
		R1	.
			.
		R1 + Rос

В случае идеального ОУ напряжение между входами равно 0, тогда

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-131-

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

Лабораторная работа № 6. Исследование преобразователей аналоговых сигналов на операционных усилителях

Uс вх Uос;

K =	Uвых		=	R1 + Rос	1+	Rос	.

	U	с вх		R		R
				1		1

Дифференциальныйусилитель

Схема дифференциального включения ОУ имеет вид, показанный на рис. 5.44.

		Rос
Uвх1	R1	Uвых
	R2	Uвых
	R2

Uвх2

Рис. 5.44. Дифференциальный усилитель

Учитывая свойства идеального ОУ, Uвх+ =Uвх− и токи сигналов не ответвляются на входы ОУ. Тогда для инвертирующего входа можно записать:

(Uвх

−Uвх- )

(U -

−U

вых

)

;

R = R ,

вх

тогда

Uвх

+Uвых

−

Uвх =

Суммирующийусилитель

Суммирующий

усилитель представлен

на рис. 5.45.

Для идеального ОУ можно получить

следующее выражение:

Рис. 5.45. Суммирующий

(Uc

+Uc

) −(Uc

+Uc ) =Uвых.

усилитель

Таким образом, данная схема (рис. 5.45) является усилителем разности суммы нескольких источников. Причем можно обеспечить инверсию суммы и умножение на коэффициент N .

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-132-

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Схемотехника аналоговых электронных устройств

#
09.06.20153.18 Mб106presentation.ppt
#
09.06.20153.23 Mб102u_course.pdf
#
09.06.20153.34 Mб125u_course2.pdf
#
09.06.2015842.71 Кб78u_kurs.pdf
#
09.06.20151.15 Mб83u_lab.pdf
#
09.06.2015646.79 Кб75u_program.pdf
#
09.06.2015807.5 Кб72u_sam.pdf