200101_jeimpt_lr_2012

д) Расчет входного сопротивления каскада по переменному току

По значению коэффициента передачи тока , полученному в разделе «Эксперимент 1» лабораторной работы № 6, величине дифференциального сопротивления rЭ эмиттерного перехода и RЭ вычислить входное сопротивление транзистора riЭ. Вычислить значение входного сопротивления усилительного каскада rВХ.Э, используя значения сопротивлений R1, R2 и riЭ. Расчетные формулы и полученные результаты записать в раздел «Содержание отчета».

е) Определение коэффициента усиления каскада при увеличении и уменьшении сопротивления нагрузки

Закоротить резистор RD, установленный между узлом UIN и конденсатором С1, замкнув ключ S1, управляемый клавишей [Space]. Переместить щуп канала «А» осциллографа в узел UIN. Установить номинал резистора RL, являющегося нагрузкой каскада, равным 200 кОм. Затем включить схему и записать результаты измерения входного и выходного напряжения в раздел «Содержание отчета». Выходное напряжение приблизительно равно напряжению холостого хода, так как резистор RL имеющий сопротивление 200 кОм, в данном случае, можно считать разрывом цепи.

Уменьшить номинал резистора RL до сопротивления 200 Ом и снова включить схему. Измерить амплитуды входного и выходного напряжения. Результаты нового измерения записать в раздел «Содержание отчета».

Используя результаты измерений, вычислить коэффициент усиления каскада для случая двух различных нагрузок RL. Расчетные формулы и полученные результаты расчетов записать в раздел «Содержание отчета».

ж) Расчет выходного сопротивления каскада

Вычислить выходное сопротивление каскада по результатам измерений, выполненных в пункте е). Записать в раздел «Содержание отчета» использованные формулы и результаты.

з) Измерение постоянных составляющих напряжения каскада

Установить номинал резистора RL равным 1 кОм. Переставить щуп канала «В» осциллографа в узел Uе и включить схему. Измерить постоянные составляющие в узлах Ub, Ue и записать результат измерения в раздел «Содержание отчета».

и) Расчет постоянных составляющих напряжения и тока каскада

121

Вычислить постоянные составляющие напряжения в точках Ub, Ue и ток эмиттера IЭ, используя значения параметров компонентов схемы (UБЭО 0.7 В). Использованные расчетные соотношения и результаты вычислений записать в раздел «Содержание отчета»

8.5Содержание отчета

Эксперимент 1. Исследование каскада с общим эмиттером в режиме малого сигнала

а) Измерение амплитуд напряжений, фазовых сдвигов сигналов, граничной частоты и вычисление коэффициента усиления каскада

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = __________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = __________
Сдвиг фаз между входным и выходным
синусоидальными сигналами на частоте 1 кГц
(измерение),	= __________
Нижняя граничная частота усилителя (измерение),	fНЧ = __________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений)	КU = __________

Приведите на рис. 8.5 схему исследуемого каскада с учетом стандартных обозначений без отображения используемых измерительных приборов.

Рисунок 8.5 – Принципиальная схема исследуемого каскада с общим эмиттером

Приведите на рис. 8.6, а, б соответственно АЧХ и ФЧХ усилительного каскада. Укажите на АЧХ нижнюю граничную частоту fНЧ

122

усилительного каскада, а на ФЧХ – фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом.

а)	б)
Рисунок 8.6 – а) АЧХ и б) ФЧХ усилительного каскада с общим эмиттером

б) Расчет тока эмиттера и параметров каскада

Ток эмиттера (расчетные соотношения и результаты

промежуточных расчетов):	IЭ = _________
Дифференциальное сопротивление эмиттерного
перехода (расчетные соотношения и результаты
промежуточных расчетов):	rЭ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчетные соотношения и результаты
промежуточных расчетов):	КU = _________

в) Определение коэффициента усиления при подключении дополнительного резистора на вход каскада

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = _________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений),	КU = _________

г) Определение входного сопротивления каскада по переменному току

Амплитуда входного напряжения в точке Ub	uБ = _______
(измерение),
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = _______
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений),	КU = _______
Входной ток усилительного каскада (расчет):	iВХ = _______
123

Входное сопротивление каскада по переменному	rВХ = _______
току (расчет)

д) Расчет входного сопротивления каскада по переменному току

Коэффициент передачи тока транзистора,	= ______
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода,	rЭ = ______
Сопротивление резистора схемы,	R1	= ______
Сопротивление резистора схемы,	R2	= ______
Входное сопротивление транзистора (расчет):	ri = ______
Входное сопротивление усилительного каскада (расчет):	rВХ = ______

е) Определение коэффициента усиления каскада при уменьшении сопротивления нагрузки

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = _________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений):	КU = _________

ж) Расчет выходного сопротивления каскада

Амплитуда выходного напряжения усилителя
в режиме холостого хода,	uХХ = _________
Амплитуда выходного напряжения усилителя,	uВЫХ = _________
Сопротивление нагрузки,	RН = _________
Выходное сопротивление усилителя (расчет):	rВЫХ = _________

з) Измерение постоянной составляющей выходного сигнала каскада

Постоянная составляющая выходного напряжения	UC = _______
(измерение),

и) Определение коэффициента усиления каскада с резистором в цепи эмиттера в отсутствии шунтирующего конденсатора

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = _________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений):	КU = _________

к) Вычисление коэффициента усиления каскада	с резистором
в цепи эмиттера в отсутствии шунтирующего конденсатора
Дифференциальное сопротивление эмиттерного	rЭ = _________
перехода,
Сопротивление резистора схемы,	RЭ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет):	KU = _________
124

Эксперимент 2. Исследование каскада с общим коллектором в режиме малого сигнала

а) Измерение амплитуд напряжений, фазовых сдвигов сигналов и вычисление коэффициента усиления каскада

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = _________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = __________
Сдвиг фаз между входным и выходным синусои-
дальными сигналами на частоте 1 кГц (измерение),	= __________
Нижняя граничная частота усилителя	fНЧ = __________
(измерение),
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений):	КU = __________

Приведите на рис. 8.7 схему исследуемого каскада с учетом стандартных обозначений без отображения используемых измерительных приборов.

Рисунок 8.7 – Принципиальная схема исследуемого каскада с общим коллектором

Приведите на рис. 8.8, а, б соответственно АЧХ и ФЧХ усилительного каскада. Укажите на АЧХ нижнюю граничную частоту fНЧ усилительного каскада, а на ФЧХ – фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом.

а) б)

Рисунок 8.8 – а) АЧХ и б) ФЧХ усилительного каскада с общим коллектором

125

б) Расчет тока эмиттера и параметров каскада

Ток эмиттера (расчетные соотношения и резуль-

таты промежуточных расчетов):	IЭ = _________
Дифференциальное сопротивление	эмиттерного
перехода (расчетные соотношения и результаты про-
межуточных расчетов):	rЭ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчетные соотношения и результаты промежуточ-
ных расчетов)	КU = _________

в) Определение коэффициента усиления при подключении дополнительного резистора на вход каскада

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = _________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений),	КU = _________

г) Определение входного сопротивления каскада по переменному току

Амплитуда входного напряжения в точке Ub	uБ = __________
(измерение),
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = __________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
(расчет по результатам измерений),	КU = __________
Входной ток усилительного каскада (расчет),	iВХ = __________
Входное сопротивление каскада по переменному
току (расчет),	rВХ = __________

д) Расчет входного сопротивления каскада по переменному току

Коэффициент передачи тока транзистора,	= __________
Дифференциальное сопротивление эмиттерного	rЭ = __________
перехода,
Сопротивление резистора схемы,	RЭ = __________
Сопротивление резистора схемы,	R1	= __________
Сопротивление резистора схемы,	R2	= __________
Входное сопротивление транзистора (расчет):	riЭ = __________
Входное сопротивление усилительного каскада	rВХ = __________
(расчет)

е) Определение коэффициента усиления каскада при увеличении и уменьшении сопротивления нагрузки

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = __________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uХХ = __________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
RL = 200 кОм (расчет по результатам измерений),	КU = __________
126

Амплитуда входного напряжения (измерение),	uВХ = _________
Амплитуда выходного напряжения (измерение),	uВЫХ = _________
Коэффициент усиления каскада по напряжению
RL = 200 Ом (расчет по результатам измерений),	КU = _________
ж) Расчет выходного сопротивления каскада
Амплитуда выходного напряжения усилителя в
режиме холостого хода,	uХХ = _________
Амплитуда выходного напряжения усилителя,	uВЫХ = _________
Сопротивление нагрузки,	RН = _________
Выходное сопротивление усилителя (расчет):	rВЫХ = _________
з) Измерение постоянной составляющей выходного сигнала
каскада
Постоянная составляющая напряжения в узле Ub	Ub = _________
(измерение),
Постоянная составляющая напряжения в узле Ue	Ue = _________
(измерение),
и) Расчет постоянных составляющих напряжения и тока каскада
Постоянная составляющая напряжения в узле Ub	Ub = _________
(расчет),
Постоянная составляющая напряжения в узле Ue	Ue = _________
(расчет),
Ток эмиттера (расчет),	IЭ = _________

8.6Вопросы для самопроверки

1.Укажите области применения и назначение усилителей переменного напряжения с ОЭ и ОК.

2.Объясните назначение элементов схем с ОЭ и ОК.

3.Объясните принцип действия рассмотренных схем.

4.Отличаются ли практическое и теоретическое значение коэффициента усиления по напряжению в рассмотренных схемах?

5.Какая разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами в усилителе с ОЭ и ОК?

6.Каким образом влияет входное сопротивление на коэффициент усиления по напряжению схем с ОЭ и ОК?

7.Какая связь между входным напряжением (узел UIN) и напряжением на базе (узел UБ) при включении между ними резистора?

8.Есть ли отличие практического и теоретического значений входного сопротивления для усилителей по переменному току?

9.Какое влияние оказывает понижение сопротивления нагрузки на коэффициент усиления по напряжению?

127

10. Какая связь существует между выходным сопротивлением усилителя и сопротивлением в цепи коллектора RK?

11.Как влияет сопротивление резистора RЭ на коэффициент усиления по напряжению усилителя?

12.Наблюдается ли отличие практического и теоретического значений напряжения UБ по постоянному току?

13.Имеется ли разница практического и теоретического значений напряжения UЭ по постоянному току?

14.Имеется ли отличие практического и теоретического значений коэффициента усиления по напряжению усилителя с ОК?

15.Почему значение коэффициента усиления по напряжению для схемы с ОК меньше единицы?

16.Отличаются ли практическое и теоретическое значения входного сопротивления по переменному току усилителя с ОК?

17.От каких факторов зависит входное сопротивление усилителя

сОК?

18.От каких факторов зависит выходное сопротивление усилителя

сОК?

19.Какова разность фаз входного и выходного синусоидальных сигналов?

20.В чем заключено главное достоинство схемы усилителя с ОК?

Лабораторная работа № 9 Исследование характеристик операционного усилителя

9.1 Цель работы

1.Изучение основных характеристик и параметров операционного усилителя (ОУ).

2.Измерение входных токов (ОУ).

3.Оценка величин среднего входного тока и разности входных токов ОУ.

4.Измерение напряжения смещения ОУ.

5.Измерение дифференциального входного сопротивления ОУ.

6.Вычисление выходного сопротивления ОУ.

7.Измерение скорости нарастания выходного напряжения ОУ.

128

9.2 Приборы и элементы

Вольтметр – группа Indicators Амперметр – группа Indicators Осциллограф – группа Instruments

Функциональный генератор – группа Instruments Источники постоянного напряжения – группа Sources

Операционный усилитель LM741 – группа Analog ICs Резисторы – группа Basic

Ключ – группа Basic

9.3Краткие сведения из теории

Интегральный операционный усилитель (ОУ) характеризуется параметрами, описывающими его с точки зрения качества выполнения своих функций. В справочных данных обычно приводятся следующие основные параметры.

Средний входной ток IВХ. В отсутствие сигнала на входах ОУ через его входные выводы протекают токи, обусловленные базовыми токами входных биполярных транзисторов или токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутреннее сопротивление источника входного сигнала, создают падения напряжения на входе ОУ, которые могут вызвать появление напряжения на выходе в отсутствии сигнала на входе. Компенсация этого падения напряжения затруднена тем, что токи входов реальных ОУ могут отличаться друг от друга на 10...20 %.

Входные токи ОУ можно оценить по среднему входному току, вычисляемому как среднее арифметическое токов инвертирующего и неинвертирующего входов:

IВХ I1 I2 2 ,	(9.1)
где I1 и I2 соответственно токи инвертирующего и неинвертирую-
щего входов.
Разность входных токов IВХ определяется выражением:
IВХ I1 I2	(9.2)

В справочниках указывают модуль этой величины.

Схема для измерения входных токов представлена на рис. 9.1.

129

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе Ko – по-

казатель, определяющий эффективность усиление ОУ входных сигналов. У идеального ОУ коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности.

Рисунок 9.1 – Схема измерения входных токов ОУ

Коэффициент усиления напряжения схемы усилителя на ОУ (рис. 9.2) вычисляется по формуле:

KU R2 R1 .

(9.3)

Рисунок 9.2 – Схема измерения напряжения смещения ОУ

Напряжение смещения UСМ – значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю.

Напряжение смещения можно вычислить, зная выходное

напряжение UВЫХ при отсутствии напряжения	на входе
и коэффициент усиления:
UСМ UВЫХ KU .	(9.4)
130