Описание лабораторного стенда
Лабораторная работа № 2. Исследование усилителя низкой частоты с резистивно-емкостной связью
Цель работы: ознакомление с принципом работы и основными характеристиками многокаскадных усилителей с резиствно-емкостной связью.
Краткие теоретические сведения
Усилители – это устройства, предназначенные для усиления переменных сигналов. Такое преобразование осуществляется за счет энергии постоянного источника питания.
Усилители широко применяются в науке и технике.
Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий усилительный элемент (биполярный или полевой транзистор), пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) и постоянный источник питания, которые обеспечивают нужный режим работы каскада.
На рис. 1, приведён наиболее распространенный усилительный каскад с общим эмиттером (ОЭ) на основе биполярного транзистора n-p-n типа VT. Назначение элементов каскада: источник питания Ек (включается между клеммой +Ек и «землёй» ┴) обеспечивает режим каскада но постоянному току («режим покоя»), т.е. величины токов Iбо, Iк и напряжений Uбэ0, Uкэ0, на которые накладываются переменные составляющие токов и напряжений. За счёт энергии постоянного источника осуществляется усиление переменного сигнала Uвх, снимаемого с генератора синусоидальных колебаний, в усиленный сигнал Uвых, поступающий, в нагрузку Rн. Величина резистора Rб определяет значение «тока покоя» в цепи базы Iбо, Rк – нагрузочный резистор, определяет значение переменного выходного напряжения Uвых. Разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2 исключают прохождение постоянных составляющих токов и напряжений каскада в генератор или нагрузку (или из генератора и нагрузки в каскад).
|
|
Усилительный каскад, изображенный на рис. 1, является усилителем напряжения. Он характеризуется коэффициентом усиления по напряжению
k = ,
который составляет величину порядка 10...100.
С целью получения большого коэффициента усиления усилительного устройства несколько каскадов объединяются в многокаскадный усилитель. Его коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления всех каскадов устройства:
k = k1•k2•...•kN,
где N – число каскадов.
При этом выходное напряжение предыдущего каскада подается на вход последующего. Соединение каскадов производится через элементы связи (конденсаторы, резисторы либо трансформаторы), которые определяют тип усилителя.
На рис. 2 изображена, принципиальная схема двухкаскадного усилителя с резистивно-емкостной (RC) связью, являющейся наиболее распространенным типом связи. Каскады соединены через разделительный конденсатор Ср2. Элементы Rэ и Сэ в цепях эмиттеров транзисторов VТ1 и VТ2 обеспечивают температурную стабилизацию режима усиления. Делители напряжения R1-R2 и R3-R4 задают величину постоянного напряжения на базах транзисторов VТ1 и VТ2 каждого каскада.
|
|
Аналогичная схема усилителя с RC-связью на микросхемах представлена на рис. 3, где в усилительных каскадах использованы операционные усилители с большим коэффициентом усиления (М1 и М2). Назначение соединительных элементов схемы аналогично усилителю на транзисторах. Коэффициент усиления этого усилителя значительно выше, чем усилителя на дискретных элементах.
Основные характеристики усилителей – амплитудная и амплитудно-частотная. Амплитудная характеристика усилителя – это зависимость амплитудного значения выходного напряжения от амплитудного значения входного напряжения. Эта характеристика представлена на рис. 4. Участок «ab» кривой соответствует линейному режиму работы усилителя (т.е. Uвых пропорционально Uвх, и коэффициент усиления k = const). На участке «bc» при увеличении входного напряжения появляются искажения формы выходного напряжения, называемые нелинейными искажениями, и коэффициент усиления падает. Рабочим участком является линейный участок характеристики («ab»).
|
|
Амплитудно-частотная характеристика усилителя – это зависимость коэффициента усиления усилителя от частоты усиливаемого сигнала. Вид этой характеристики для усилителя с RC-связью показан на рис. 5.
Коэффициент усиления в области средних частот k0 постоянен. В области низких частот (при f→0) сопротивление конденсатора связи Ср2 растёт:
XCр2 = →∞
Напряжение на нём также растёт, следовательно, выходное напряжение первого каскада падает и k→0 при f→0. Так как выход первого каскада шунтируется входной ёмкостью второго каскада С0 то в области высоких частот при f→∞ сопротивление ёмкости падает
XC0 = →0,
следовательно, напряжение на входе второго каскада падает и k→0 при f→∞.
Снижение коэффициента усиления в области нижних и верхних частот называют частотными искажениями. Они оцениваются коэффициентами частотных искажений на верхних частотах
Мв =
и на нижних частотах
Мв =
где kв и kн – коэффициенты усиления на верхних и нижних частотах. Очень часто допустимое значение коэффициента частотных искажений М принимают равным . Частоты fн гр и fв гр, соответствующие допустимым значениям коэффициента частотных искажений, называют нижней и верхней граничными частотами, а диапазон частот
|
|
Δf = fн гр - fв гр
полосой пропускания усилителя.
Описание лабораторного стенда
На лицевой панели лабораторного стенда изображены две исследуемые схемы двухкаскадных усилителей с RC-связью (разделены горизонтальной чертой):
- сверху – на биполярных транзисторах VТ1 и VТ2 (схема соответствует рис. 2);
- снизу – на микросхемах М1 и М2 (cм. рис. 3);
Переключатели, тумблеры и ручки потенциометров обеих схем локализованы около соответствующих усилителей.
Внизу под схемой усилителя на транзисторах расположены гнёзда Гн1 – Гн6, расположение которых указано в соответствующих точках на схеме рис. 6.
Блок питания Ек.
В правом верхнем углу стенда находится блок питания (Ек) усилителя: переключатель Ек напряжения для двух типов усилителей, потенциометр плавной регулировки напряжения Ек и вольтметр для измерения напряжения питания.
Верхнее положение тумблера Ек1 соответствует питанию усилителя на транзисторах.
Нижнее положение тумблера Ек2 соответствует питанию усилителя на микросхемах.
Регулировка ёмкости разделительного конденсатора цепи связи Ср3 – Ср4 осуществляется тумблером В3. В данной работе используется только одно положение тумблера В1 (нижнее), соответствующее значению Ср1 = 20,0 мкФ.
Верхнее положение тумблера В3 соответствует ёмкости Ср4 = 0,01 мкФ.
Нижнее положение тумблера В3 соответствует ёмкости Ср3 = 20,0 мкФ.
Переключатели В4 и В6 из схемы исключены, в цепях эмиттеров транзисторов Т1 и Т2 постоянно включены ёмкости Сэ = 20,0 мкФ.
Нагрузка усилителя регулируется переключателем В7.
Среднее положение B7 – холостой ход.
Правое положение – активная нагрузка. Величина нагрузки усилителя регулируется потенциометром Rн2.
Источником переменного входного сигнала является генератор синусоидальных колебаний, позволяющий регулировать величину и частоту сигнала (стандартный генератор располагается рядом с исследуемым стендом).
Величина усиленного выходного сигнала измеряется милливольтметром В3‑41, а форма исследуется с помощью осциллографа (милливольтметр и осциллограф располагаются рядом с исследуемым стендом).
Порядок выполнения работы
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 100; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!