Лабораторный практикум 31 32 33 34

1.1 Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициентом усиления по напряжению k называется величина, показывающая, во сколько раз переменное напряжение на выходе усилителя больше, чем на входе:

k Uвых . Uвх

Для многокаскадных усилителей общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов

kk1 k2 k3 kH .

1.2Амплитудная характеристика

В процессе работы усилителя амплитуда входного напряжения варьируется в определенных пределах. Малым входным напряжениям соответствует пропорциональные изменения выходного напряжения.

При больших входных напряжениях пропорциональность нарушается, форма колебаний на выходе отличается от формы колебаний на выходе. Это связано с нелинейностью характеристик транзисторов. Такие искажения входного сигнала получили название нелиней-

ных искажений.

Амплитудной характеристикой называется зависимость Uвых f (Uвх ) при постоянной частоте входного сигнала. С появлением нелинейных искажений пропорциональная связь нарушается, коэффициент усиления уменьшается (рисунок 1). С помощью амплитудной характеристики легко установить максимально возможный динамический диапазон входных напряжений.

Рисунок 1 – Амплитудные характеристики усилителя

33

1.3 Частотная характеристика усилителя

Наряду с нелинейными искажениями в усилителях различают частотные искажения, обусловленные изменением коэффициента усиления на различных частотах. Причиной является присутствие в схемах реактивных элементов. Зависимость величины реактивного сопротивления от частоты не позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот.

Связь коэффициента усиления с частотой получила название частотной характеристики усилителя k F( f ). Она позволяет установить диапазон частот, в котором изменения коэффициента усиления не превышают допустимых (рисунок 2).

Рисунок 2 – Частотные характеристики усилителя

1.4 Фазовая характеристика

Наличие реактивных сопротивлений в схеме приводит также к тому, что выходное напряжение зависит от частоты не только по амплитуде, но и по фазе. Это является причиной фазовых искажений. Зависимость фазового сдвига выходной синусоиды напряжения от входной функции частоты определяет фазовую характеристику усилителя.

Исследование усилителя сводится, как правило, к определению коэффициента усиления и снятию амплитудных, частотных и фазовых характеристик.

1.5Эквивалентная схема усилительного каскада

Врасчетах усилителей, а также при анализе их работы используются эквивалентные схемы. На рисунке 3 представлена эквивалентная схема для переменных составляющих токов и напряжения первого каскада и входных цепей второго каскада. Эквивалентная схема позволяет провести качественный и количественный анализ работы усилителя при изменении параметров элементов схемы и частоты.

Рисунок 3 – Эквивалентная схема усилителя

На низких частотах емкостное сопротивление разделительного конденсатора возрастает, и его влияние на выходное напряжение увеличивается. В то же время влияние малой

34

емкости C0 на низких частотах оказывается несущественным, так как шунтирующее емкостное сопротивление

Поэтому в области низких частот эквивалентная схема может быть изображена без емкости C0 (C0 CP , рисунок 4, а).

В области средних частот емкостное сопротивление

Xср

1

CP

уменьшается настолько, что падением напряжения на нем можно пренебречь. Сопротивление XC0 на этих частотах остается достаточно большим, его влияние на частотную характе-

ристику отсутствует. Поэтому в области средних частот эквивалентная схема не содержит реактивных элементов (рисунок 4, б).

Рисунок 4 – Эквивалентная схема усилителя: а – на низких частотах; б – на средних частотах; в – на высоких частотах

На низких частотах (рисунок 4, а) выходной сигнал снимается только с части делителя, составленного из сопротивлений Xср и RЭБ . Поэтому выходное напряжение на низких частотах во столько раз меньше выходного напряжения на средних частотах, во сколько раз сопротивление RЭБ меньше полного сопротивления делителя RЭБ2 Xср2

Отсюда, после деления числителя и знаменателя на Uвх получим

Из этого выражения следует, что на низких частотах kн kср . С увеличением H коэф-

фициент усиления возрастает (рисунок 2). Расширение полосы пропускания усилителя в сторону низких частот связано с увеличением емкости разделительного конденсатора и сопротивления RЭБ в цепи следующего каскада. В области высших частот сопротивление

Анализ показывает, что выражение для коэффициента усиления на высоких частотах имеет вид

уменьшается. Расширение полосы пропускания в области высоких частот возможно путем снижения Ra , C0 .

1.6 Влияние обратной связи на характеристики усилителя

Коэффициентом обратной связи называют коэффициент передачи напряжения по цепи обратной связи

Uoc .

Uвых

При наличии обратной связи напряжение на сетке (или на базе) первого каскада U1 Uвх Uoc . Разделив все члены равенства на Uвых , получим:

В усилителях «RC» наибольшее распространение получила отрицательная обратная связь. Несмотря на снижение коэффициента усиления, отрицательная обратная связь является эффективным средством повышения качества усиления. Отрицательная обратная связь обеспечивает:

более стабильную величину коэффициента усиления и улучшение частотной характеристики усилителя;

уменьшение нелинейных искажений.

Действительно, если значение k в силу тех или иных причин изменится в а раз, то koc

связи результирующий коэффициент усиления вовсе не зависит от исходного и от всех внутренних факторов, которые влияют на режим усиления.

В частности, применение отрицательной обратной связи способствует постоянству коэффициента усиления при изменении частоты (рисунок 2), что, в свою очередь, увеличивает полосу пропускания усилителя. Уменьшение нелинейных искажений при введении обратной связи определяется тем, что искаженный сигнал, поданный по цепи обратной связи на вход усилителя, после усиления возвращается на вход в противофазе. При этом происходит частичная компенсация вносимых усилителем нелинейных искажений. Диапазон входных напряжений, при которых отсутствуют искажения, увеличивается (рисунок 1).

2 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Полупроводниковый усилитель низкой частоты состоит из двух однокаскадных усилителей, собранных по схеме с общим эмиттером (ОЭ) на транзисторах VT1 и VT2.

В схеме двухкаскадного усилителя (рисунок 3) сопротивления R3 и R8 – режимные; конденсаторы C1, C2, C3 – разделительные; делители R1, R2 и R6, R7 создают ток базового смещения в транзисторах VT1 и VT2.

37

Рисунок 3 – Схема экспериментальной установки

3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Снять амплитудные характеристики без обратной связи (S1 отключен) и с отрицательной обратной связью (S1 включен). Результаты занеси в таблицу 1. f const 1000 Гц , Uвх 0 0,1 B .

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Принципиальная электрическая схема усилителя, а также схема испытуемого стенда с указанием типа приборов.

2.Таблицы экспериментальных данных.

38

3.Графическое изображение амплитудных характеристик усилителя без обратной связи и с отрицательной обратной связью.

4.Графическое изображение частотной характеристики усилителя без обратной связи и с отрицательной обратной связью.

5 ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

1.Назначение элементов схемы усилителя.

2.Объяснить ход амплитудной характеристики усилителя.

3.С помощью эквивалентной схемы каскада усилителя объяснить причины частотных искажений.

4.Как влияет величина емкости разделительных конденсаторов на частотные характеристики?

5.Что такое обратная связь в усилителях? Какие виды обратной связи исследуются в работе?

6.Объяснить влияние обратной связи на коэффициент усиления, амплитудные и частотные характеристики усилителей.

39