Міністерство освіти і науки України

Дрогобицький механіко-технологічний коледж

Лабораторія основ електроніки і мікроелектроніки

Затверджую:

Заступник директора з навчальної роботи

__________ Ренжин П.М. „ ” 2010 р.

Інструкція

до лабораторної роботи №9

Дослідження підсилювача сигналів низької частоти

з дисципліни: „ Основи електроніки і мікроелектроніки ”

Розглянуто на засіданні ЦК

___________ Протокол № __________

„ ” 2010 р. Голова ЦК ____________

Дрогобич – 2010

Лабораторна робота№9 Дослідження підсилювача сигналів низької частоти

1.Мета роботи: Вивчення роботи резистивного каскаду підсилення сигналів низької частоти,виконаного на біполярному транзисторі, шляхом зняття його амплітудних і частотних характеристик.

2.Схема макета:

2.1. Вимірювальні прилади:

Генератор низької частоти (ГНЧ);

Осцилограф; Вольтметр.

3. Теоретичні основи:

Підсилювач – це пристрій, призначений для підсилення потужності вхідного сигналу за рахунок споживання джерела живлення. В лабораторній роботі досліджується каскад підсилювача напруги низької частоти (ПНЧ). На рис.1. представлена структурна схема підсилювального каскаду.

Рис.1.

В залежності від призначення каскаду джерелом вхідного сигналу можуть бути ГНЧ, мікрофон, звукознімач, різні давачі та інші. В якості підсилювального елементу використовується транзистор. Навантаженням каскаду може бути вхідне коло наступного каскаду ПНЧ, підсилювач потужності та інші.

Залежно від схеми вмикання біполярного транзистора ПНЧ підрозділяються на підсилювачі із спільним емітером (СЕ), спільною базою (СБ), спільним колектором (СК).

З трьох типів схем увімкнення транзисторів для попереднього підсилення найчастіше використовуються каскади зі спільним емітером, що мають високий коефіцієнт підсилення за напругою та потужністю, порівняно великий вхідний опір і допускають використання одного спільного джерела живлення для кіл колектора і бази.

Найпростіша схема підсилювального каскаду зі спільним емітером приведена на рис.2.

Рис.2.

Вихідний сигнал змінює потенціал бази відносно заземленого емітера. Це призводить до зміни струму бази, а отже, до зміни струму колектора і напруги на навантаженні. Вибір робочої точки на характеристиках транзистора для схеми зі спільним емітером забезпечується вибором струму бази . Щоб мати найменші спотворення підсилювального сигналу робочу точку слід розміщувати посередині робочої ділянки вхідної і вихідної характеристик транзистора.

Наведена схема не має широкого застосування, оскільки вона не досить стабільна в роботі. При зміні напруги чи при зміні транзисторів робоча точка може зміщуватися, що в свою чергу може призвести до помітних змін коефіцієнта підсилення і до появи нелінійних спотворень. Параметром, що найбільше змінюється при змінах температури, а також при зміні транзисторів, є зворотній струм колектора . Якщо не вжити ніяких заходів для стабілізації режиму роботи схеми, то навіть незначні зміни струму призведуть до змін сталого струму колектора , тому в підсилювальних каскадах часто застосовують спеціальні схеми стабілізації режиму.

Поширена схема стабілізації робочої точки транзистора приведена на рис.3.

Рис.3.

У цій схемі в коло емітера ввімкнено стабілізуючий резистор , спад напруги на якому, пропорційний струму емітера, є зворотнім для переходу емітер-база. Отже, у схемі є негативний зворотній зв’язок за струмом, який автоматично стабілізує режим роботи каскаду при зміні температури або параметрів транзистора. Припустимо, що з будь-якої причини сталий колекторний струм зростає. Оскільки , то зростає струм , а отже зростає напруга на опорі , що призводить до зростання зворотної напруги на ділянці база-емітер і зумовлює зменшення струму бази , що в свою чергу призводить до зменшення колекторного струму . Навпаки, якщо з будь-якої причини колекторний струм зменшиться, то при цьому зменшиться і зворотна напруга, прикладена до переходу база-емітер, внаслідок чого струм бази підвищиться, а отже, зростає і струм колектора.

Отже, режим роботи схеми стабілізується автоматично. Найчастіше опір шунтується конденсатором досить великої ємності. Це робиться для усунення негативного зворотного зв’язку за змінним струмом, який спричиняє значне зниження коефіцієнта підсилення схеми за напругою.

Резистори , підключені до джерела живлення, є подільником напруги. Струм подільника , проходить через ці резистори, створює на них спад напруги. Ці напруги використовуються для живлення кола бази за постійним струмом. Величину опорів резисторів підбирають так, щоб струм подільника перевищував струм бази в 2…5 раз. Таким чином досягається деяка стабілізація напруги бази і відповідно струму бази і всього режиму роботи підсилювального каскаду.

До основних параметрів підсилювачів належать:

• коефіцієнт підсилення за напругою ;

• коефіцієнт підсилення за струмом ;

• коефіцієнт підсилення потужності ;

• вхідний опір підсилювача ;

• вихідний опір підсилювача ;

• коефіцієнт корисної дії , де

- потужність, що надходить у навантаження;

- потужність, що споживається від джерела живлення.

Однією із основних характеристик підсилювача є його амплітудна характеристика – це залежність амплітуди вихідного сигналу до амплітуди вхідного сигналу на деякій постійній частоті (Рис.4.): .

Рис.4. Рис.5.

По амплітудній характеристиці визначають динамічний діапазон , де , обмежують лінійний участок характеристики, Як правило, динамічний діапазон визначають у децибелах: . Чим більше D, тим краща якість підсилювача.

Так, як схема підсилювача містить у собі реактивні елементи, а якості транзистора залежать від частоти, то коефіцієнт має різні значення на різних частотах. Це явище оцінюється амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ).

при = const (Рис.5.). Із неї видно, що електричні сигнали проходять через ПНЧ зі спотворенням. Для його оцінки введено параметр, який називається коефіцієнтом частотних спотворень і дорівнює відношенню коефіцієнта підсилення на заданій частоті К (f) до коефіцієнта підсилення на середніх частотах , тобто

Частоти, на яких коефіцієнт підсилення досягає гранично допустимого значення , називають верхньою і нижньою граничними частотами.