568_Arkhipov_s._N._Skhemotekhnika_telekommunikatsionnykh_ustrojstv_

Задание к работе в лаборатории

1.Измерить сквозную амплитудную характеристику усилителя. Определить динамический диапазон усилителя.

2.Определить параметры усилителя: К, К* (КЕ), КТ, КМ, Rвх, Rвых.

3.Измерить сквозную частотную характеристику усилителя. Найти по ней ра-

бочий диапазон частот придопустимых частотных искаженияхМН= МВ = 2 .

Порядок выполнения работы

1.Присоединить источник сигнала и измерительные приборы к исследуемому усилителю: выход генератора соединить с гнездом «Вход 1» на контрольной панели, а вольтметр – с гнездом «Вход 2» на панели управления. Осциллограф и второй вольтметр соединить с гнездом «Выход» на контрольной панели.

Установить ручку регулировки выходного напряжения генератора в среднее положение, а ручку «ОСЛАБЛЕНИЕ dB» – в положение «50 dB».

2.Включить стойку, генератор и измерительные приборы с помощью имеющихся на них тумблеров «СЕТЬ». С помощью прибора «Напряжение питания» на контрольной панели проверить наличие питающих напряжений +15 В и –15 В.

3.Установить частоту генератора равной 1000 Гц. На панели исследуемого усилителя переключатель S1 перевести в положение измерения ЭДС источника

сигнала (Еист). Включить сопротивление нагрузки усилителя Rн1 или Rн2 в соответствии с номером бригады (табл. 1.1).

Табл. 1.1. Сопротивление нагрузки

4. Определить номинальное значение ЭДС источника сигнала Еист ном и

соответствующее ему значение напряжения на выходе Uвых ном (Прил. 2, п. 1). 5. Измерить сквозную амплитудную характеристику усилителя (Прил. 2, п. 2).

Отметить напряжение собственных помех усилителя Uпом. По результатам измерений определить динамический диапазон усилителя Ду и выразить его в децибелах.

6. Установить ЭДС источника сигнала равным половине (или несколько меньше) номинального значения, определенного в п. 4 (удобнее, если значение соответствует риске по шкале прибора). Измерить при этом входное напряже-

ние усилителя, переключив S1 в положение «Uвх» и выходное напряжение усилителя для двух значений нагрузки Rн1 и Rн2.

По полученным значениям ЭДС, входного напряжения, выходных напряжений, а также известных значений Rист, Rн1 и Rн2 (заданы на схеме рис. 1.1), определить: входное (Rвх) и выходное (Rвых) сопротивление усилителя, коэффициенты

12

усиления (К, К*, Кт, Км) в разах и децибелах по формулам, приведенным в Прил. 3.

7. Переключатель S1 перевести в положение измерения ЭДС источника сигнала Еист. Поддерживая неизменным Еист ≤ 0,5 Еист ном, измерить сквозную частотную характеристику усилителя (Прил. 2, п. 3). Построить сквозную частотную характеристику и определить рабочий диапазон частот (fн и fв) при допустимых частотных искажениях Мн = Мв = 2 .

Примечание: Результаты данной работы используются при выполнении работы № 2.

Содержание отчета

1.Схема исследуемого усилителя с указанием обозначений и номинальных величин элементов.

2.Измеренные значения номинальной ЭДС источника сигнала, номинального значения напряжения на выходе усилителя. Сквозная амплитудная характеристика усилителя (таблица измеренных значений, график). Напряжение собственных помех. Расчет динамического диапазона усилителя.

3.Измеренные значения напряжений на входе и выходе усилителя, расчет

величин К, К* (КЕ), КТ, КМ, Rвх и Rвых.

4. Сквозная частотная характеристика усилителя (таблица измеренных зна-

тудной и амплитудно-частотной характеристик с объяснением их формы).

Контрольные вопросы

1.Дать характеристику основных параметров усилителя гармонических сигналов.

2.Выразить взаимосвязь между различными коэффициентами усиления. Записать формулы для перевода коэффициентов усиления из безразмерных величин (разов) в логарифмические (дБ) и обратно.

3.Составить структурные схемы измерения основных параметров и характеристик усилителя. Пояснить методику измерения.

4.Изобразить амплитудную характеристику усилителя (АХ). Объяснить отличие реальной характеристики от идеальной. Какие параметры можно определить по реальной АХ?

5.Изобразить частотную характеристику усилителя (АЧХ). Объяснить отличие реальной характеристики от идеальной. Как определить рабочий диапазон частот по АЧХ и заданным частотным искажениям?

6.Какие показатели усилителя относят к линейным и почему? Каковы причины возникновения линейных и нелинейных искажений в усилителях гармонических сигналов и в чем состоит главное отличие между ними? Как они количественно оцениваются?

7.Перечислить основные виды помех в усилительных устройствах и пояснить причины их появления.

13

Лабораторная работа № 2 Изучение влияния обратной связи на свойства усилителя

на интегральной микросхеме

.

Цель работы: изучить влияние обратной связи на основные параметры и характеристики усилительных устройств с применением лабораторного макета и измерительного оборудования.

Подготовка к работе

1.Изучить виды и назначение ОС при построении усилительных устройств; влияние отрицательной обратной связи на основные качественные параметры и характеристики усилителя;

2.Составить рабочий листок для занесения в него результатов измерений. Для сравнения параметров усилителя без ОС и с ОС выписать из лабораторной работы № 1 измеренные параметры и занести во вторую строку табл. 2.2 (кроме

К* и Uпом, которые будут измерены в данной работе).

Описание исследуемого усилителя

В лабораторной работе исследуется усилитель на ИМС К140УД1Б с отрицательной обратной связью (ООС). Схема исследуемого усилителя показана на рис. 2.1. Описание усилителя приведено в работе № 1. Ниже описываются только цепи ОС, введенные в усилитель.

Напряжение ОС, пропорциональное выходному напряжению усилителя, снимается с нижнего (R6) резистора делителя R5 и R6. Таким образом, ОС по способу снятия – параллельная (по напряжению). Цепь ОС состоит из конденсатора С4, резисторов R3, R4 и переключателей S2 и S3. Глубина ОС регулируется с помощью переменного резистора R3. Резистор R4 служит для ограничения максимальной глубины обратной связи. Способ подачи ОС в описываемом усилителе зависит от положения переключателей S2 и S3.

Параллельная по входу ОС включается переключателем S2 (при этом переключатель S3 выключен). В этом случае напряжение на входном сопротивлении пропорционально разности токов, создаваемых источником сигнала и цепью ОС. Чтобы ОС была отрицательной, источник сигнала и цепь ОС подключаются к инвертирующему входу («Вх. 1»).

Последовательная по входу ОС возникает, если включить переключатель S3, а S2 – выключить. При этом источник сигнала и цепь ОС подключаются к различным входам ИМС. Первый каскад микросхемы является дифференциальным, реагирующим на разность сигналов, создаваемых на одном входе и цепью ОС на другом. Чтобы ОС была отрицательной, сигнал ОС подается на инвертирующий вход, а источник сигнала подключается к другому входу микросхемы («Вх. 2»).

14

Задание к работе в лаборатории

1.Установить в усилителе заданную глубину ОС.

2.Измерить параметры К, КТ, К* (КЕ), RВХ, RВЫХ, Uпом, Мв и Мн усилителя с ОС и сравнить их с параметрами усилителя без ОС.

Порядок выполнения работы

1. Присоединить генератор и измерительные приборы к исследуемому усилителю: вольтметр V1 – к гнезду «Вход 2», генератор – к гнезду «Вход 1». Осциллограф и вольтметр V2 соединить с гнездом «Выход». На передней панели усилителя переключатели S2 и S3 установить в положение «Выключено» (сигнал ОС на входе усилителя отсутствует).

В соответствии с номером бригады включить сопротивление нагрузки Rн1 или Rн2 (табл. 1.1).

2.Включить стойку, генератор и измерительные приборы с помощью имеющихся на них тумблеров «Сеть». Проверить наличие питающих напряжений +15 В и −15 В на передней панели лабораторной стойки.

3.Установить частоту генератора равной 1000 Гц. Определить номинальное значение ЭДС источника сигнала Еист ном и соответствующее ему напря-

жение на выходе усилителя Uвых ном (аналогично работе № 1).

Для последующих измерений установить значение Е ист 0.5 Еист ном и

замерить соответствующее ему значение U вых. По измеренным значениям определить сквозной коэффициент усиления (без ООС) и занести в табл. 2.2.

4. Установить сквозную глубину ООС, равной 20 дБ (F = 10). Для установки глубины ОС следует:

а) включить обратную связь при помощи переключателей S2 или S3, выбрав в соответствии с табл. 2.1 заданный способ подачи ОС;

Табл. 2.1. Способ подачи обратной связи

б) увеличить напряжение источника сигнала в десять раз, установив

Е ист ОС = 10 Е ист;

в) регулируя глубину ОС переменным резистором «ГЛУБ. ООС» (рис. 2.1), добиться на выходе прежнего значения выходного напряжения:

Uвых ОС = U вых.

16

При дальнейших измерениях положение регулятора ОС нарушать нельзя, т. к. это изменит глубину ООС (F). Выключение ОС при необходимости производить переключателем S2.

После установки требуемой глубины ОС определить расчетным путем значения сквозного коэффициента усилителя КЕ ОС и сопоставить его со значением, полученным в п. 3 без ООС (табл. 2.2).

5. Определить коэффициенты усиления по напряжению и по току, а также входное сопротивление усилителя с учетом ООС. Для этого измерить Uвх ОС, используя переключатель S1 и вольтметр на входе усилителя. Расчет параметров производится аналогично работе № 1. Результаты расчетов занести в табл. 2.2, сопоставить полученные величины с результатами, полученными в работе № 1.

6. Определить выходное сопротивление усилителя с ООС Rвых ОС методом двух нагрузок. Для этого, переключая тумблер S4, измерить выходное напряжение при Rн1 и Rн2. Рассчитать Rвых ОС (аналогично работе № 1), результаты расчета занести в табл. 2.2, сравнить с результатами, полученными в работе № 1 (без ООС).

Примечание: поскольку ООС по напряжению значительно уменьшает выходное сопротивление усилителя, то напряжения на сопротивлениях Rн1 и Rн2 могут отличаться весьма незначительно (до половины деления вольтметра) и требуют более точного измерения.

7. Измерить частотные искажения усилителя с ООС: Мн ОС и Мв ОС на частотах fн и fв, найденных в работе № 1 для усилителя без ОС (при Мн = Мв = 2 ).

Для этого, поддерживая Е ист ОС неизменным, найти три значения U вых ОС: на средней частоте fср и на частотах fн и fв. Эти частоты были определены в работе № 1 при допустимых частотных искажениях Мн = Мв = 1,41 (3 дБ). Определить МнОС и Мв ОС. Результаты расчета занести в табл. 2.2, сравнить с результатами, полученными в работе № 1 (без ООС).

8.Измерить напряжение собственных помех усилителя Uпом ОС (аналогично работе № 1). Сравнить с напряжением собственных помех при выключении ОС. Результаты расчета занести в табл. 2.2.

9.Измерить номинальные напряжения Uист ном ОС и Uвых ном ОС на частоте 1000 Гц. Сравнить полученные значения с результатами измерений без ООС.

17

Содержание отчета

1.Схема исследуемого усилителя с указанием обозначений и номинальных значений элементов.

2.Измеренные величины напряжений и расчет по ним параметров усилителя с ОС.

3.Таблица сравнения параметров усилителя без ОС и с ООС.

Табл. 2.2. Cравнениt параметров усилителя без ОС и с ООС

4. Выводы по работе (сравнительный анализ результатов измерений параметров усилителя без ООС и с ООС, насколько согласуются теоретические расчеты с экспериментальными данными, причины возможных расхождений).

Контрольные вопросы

1.Изобразить структурную схему усилителя с ОС при различных способах

ееснятия и подачи. По каким признакам можно определить способ снятия и подачи ОС в схеме усилителя?

2.Выразить основные понятия и термины ОС через напряжения и токи на зажимах четырехполюсников, входящих в структурную схему усилителя с ОС?

3.Как и во сколько раз изменяются основные параметры усилителя при различных способах снятия и подачи ОС?

4.Каков характерный признак ООС? Какой недостаток имеет ООС и почему она, тем не менее, применяется?

5.Как влияет ООС на частотную характеристику усилителя? Объяснить возможное возникновение подъемов на краях рабочего диапазона частот.

6.Как экспериментально установить заданную глубину или как измерить имеющуюся в усилителе глубину ОС, используя вольтметры и выключатель в цепи ОС?

7.Каковы условия и механизм возникновения самовозбуждения усилителя? Каковы признаки самовозбуждения усилителя?

8.Пояснить изменение входного и выходного сопротивления усилителя при различных способах подачи ОС.

18

Лабораторная работа № 3 Питание цепей и стабилизация режима биполярного транзистора

Цель работы: изучить способы питания и стабилизации режима работы биполярного транзистора и исследовать влияние температуры на стабильность режима работы с применением лабораторного макета и измерительного оборудования.

Подготовка к работе

1.Изучить следующие вопросы курса:

–влияние разброса параметров и температуры на изменение характеристик биполярных транзисторов;

–построение нагрузочных характеристик на выходных статических характеристиках транзистора;

–схемы питания цепей транзистора от одного источника питания;

2.Изучить принципиальную схему усилителя (рис. 3.1) и приложения 5, 6, 7. Составить рабочий листок для занесения в него результатов измерений.

3.Для схемы c эмиттерной стабилизацией (рис. 3.1) вычислить значения сопротивлений нагрузки транзистора постоянному току и переменному току.

4.На выходных характеристиках транзистора ГТ108А (рис. П.5.4) построить нагрузочные прямые для постоянного и переменного токов, если напряже-

ние источника питания. Eп = 15 B, a ток коллектора в точке покоя iк0 = 2 мА.

Определить значения тока базы iб0 и напряжения uкэ0 в точке покоя, если h21э = 30. При построении нагрузочных прямых использовать приложение П.5.

5. Для трех исследуемых схем питания: фиксированным током базы (ФТБ), коллекторной стабилизации (КС) и эмиттерной стабилизации (ЭС) вычислить значения iк0 макс при температуре транзистора +60°C, если обратный ток коллектора Iкб0 = 10 мкА при Tп спр = +25°C и h21э нe изменяется.

Описание лабораторного макета

Принципиальная схема лабораторного макета изображена на рис. 3.1. Исследуемый усилитель состоит из резисторного каскада на биполярном транзисторе, нагруженного на активное сопротивление R н. C помощью четырехсекционного переключателя S1 (положения 1, 2 и 3) возможно образование в резисторном каскаде усиления, трех вариантов схем питания транзистора: с фиксированным током базы (ФТБ), коллекторной стабилизацией (КС) и эмиттерной стабилизацией (ЭС). B этих трех положениях переключателя миллиамперметр, расположенной на передней панели стойки, позво-

ляет измерять ток покоя iк0 транзистора.

В качестве источника сигнала используется генератор синусоидальных колебаний. ЭДС источника сигнала измеряется вольтметром, подключаемым к

разъему X1. Резистор Rист имитирует сопротивление источника сигнала.

19

Выходное напряжение и его форма контролируется соответственно вторым вольтметром и осциллографом, подключаемыми к разъемам Х2 («Выход»). Тумблер «Нагрев» в положении «ВКЛ» позволяет изменить температурный режим транзистора.

Рис. 3.1. Принципиальная схема исследуемого усилителя

Задание к работе в лаборатории

1.Измерить постоянную составляющую коллекторного тока и сквозной коэффициент усиления при температуре +25°C для схем питания:

с эмиттерной стабилизацией (ЭС);

c коллекторной стабилизацией (КС);

c фиксированным током базы (ФТБ).

2.Оценить влияние емкости Сэ на сквозной коэффициент усиления.

3.Измерить постоянную составляющую коллекторного тока при увеличении температуры p-n-перехода и зарисовать осциллограммы выходного сигнала усилителя для указанных в описании лабораторного макета схем питания.

Порядок выполнения работы

1.Присоединить генератор и измерительные приборы к исследуемому усилителю: выход генератора и первый вольтметр соединить c гнездом «Вход 2» на контрольной панели. Осциллограф и второй вольтметр V2 соединить c гнездом «Выход» на контрольной панели.

2.Тумблер «Нагрев» установить в положение «выключено», a тумблер S2 – в положение «включено».

20