41664

Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цель: Научиться определять и анализировать зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала. Лабораторная работа №6 Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала. Лабораторная работа №6 Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Русский

2013-10-24

155.55 KB

15 чел.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

           Цель: Научиться определять и анализировать зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.  

           Оборудование: ПЭВМ, программа Electronics Workbench 5.12, тестовая программа «My Test», лабораторная установка, генераторы гармонических сигналов, осциллограф, мультимедиа проектор.

Ход работы

          2.1 Запустил программу Electronics Workbench 5.12.

2.2 С помощью программы открыл схему электрического принципиальную резистивного усилителя, собранного на транзисторе по схеме с ОЭ n-p-n типа.

2.3 К выходам «Генератора» подключил каналы осциллографа в соответствии с методическими указаниями.

2.4 Задал амплитуду колебаний генератора в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1.

№ вар.

10

Uг,(мВ)

9,4

 

2.5 Включил схему (запустил программу)

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

.

2.6 С помощью осциллографа убедился в том, что сигнал на выходе усилителя является синусоидальным и противофазным входному.

Задал соответственный масштаб:

Масштаб: Time base – 0.05 ms/div, Y/T;

                  Trigger – Auto;

                  Channel A – 50 mV/Div; Y position – 2,4; AC;

                              Channel B – 2 V/Div; Y position – 0; AC

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Зарисовал одна под одной осциллограммы входного и выходного напряжений. Промасштабировал оси и обозначил амплитуды сигналов и их периоды.

2.7 Исследование зависимости амплитуды выходного напряжения усилителя от амплитуды входного гармонического напряжения.

         Для этого:

2.7.1 Изменил амплитуду (действующее значение) входного гармонического напряжения в соответствии со значениями, указанными в таблице 2 и контролировал эти изменения с помощью мультиметра.

      

Таблица 2

Uвх, мВ

0

0,01

0,1

1

2

3

5

10

15

30

Umвх, мВ

0

0,0047

0,047

0,36

0,9

1,7

2,8

4,7

7

42

Umвых, мВ

0,00043

0,047

0,87

7,3

15,3

16,9

33,8

59,7

77,4

680,5

Ки

-

10

18,5

20,3

17

10

12

12,7

11

16,2

           2.7.2 Измеренные значения амплитуд занёс в таблицу 2, вычислил коэффициенты усиления усилительного каскада по напряжению (Ки=Umвых/Umвх) и  также занёс их в таблицу 2.

2.7.3 Построил в соответствии с таблицей 2 амплитудную характеристику усилительного каскада, как зависимость Umвых = f(Umвх).

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

2.7.5 Рассчитал динамический диапазон усилителя  и динамический диапазон входного  сигнала в соответствии с выражениями (1) и (2).

Дс ,дб = 20lg(Uвх макс /Uвх мин)                                         (1)

Динамический диапазон сигнала (дБ).

Дс ,дб = 20lg(42/0,0047)= 20lg(8936,2)= 20*3,95=79                                                                                 

Dу,дб = 20 lg (Uвых. max / Uвых.min.)   .                                                     (2)

           Динамический диапазон усилителя Dу.

Dу,дб = 20 lg (680,5/ 0,047.) = 20 lg (14478,7.) = 20*4,2=84     

2.7.6 Используя краткие теоретические сведения сделал выводы из полученных результатов с учетом ответов на следующие вопросы:

 а) При каких амплитудах входных сигналов обеспечивается линейное усиление?

Идеальная амплитудная характеристика выражается уравнением Uвых = КU /Uвх и является линейной.

              б) При какой амплитуде входного сигнала начинаются искажения формы выходного напряжения и чем они обусловлены?

Шумы в усилителе и другие помехи приводят к тому, что при Uвх = 0 на выходе усилителя имеется некоторое напряжение Uвых = Uш. Участок Uвх < Uвх мин не используется, так как усиливаемый сигнал здесь не различим на фоне внутренних шумов и помех усилителя. При Uвх > Uвх max пропорциональность между входным и выходным напряжениями нарушается из-за нелинейности характеристик активных элементов усилителя. При этом появляются искажения формы выходного напряжения.

             в) Как называются искажения и как можно оценить их уровень?

Уровень нелинейных искажений усиливаемого сигнала оценивают коэффициентом гармоник (коэффициентом нелинейных искажений)

             г) В чем проявляется влияние нелинейных искажений на качество передаваемой информации?

          Однако (и это принципиально) если линейные искажения влияют на качество передачи информации только в «своем» радиоканале, то нелинейные искажения, кроме того, могут исказить информацию, передаваемую по другим каналам. Дело в том, что возникающие при нелинейных искажениях высшие гармоники одного передаваемого сигнала могут попадать в спектры других сигналов и искажать их.

             д) Как должны соотносится динамический диапазон усилителя и динамический диапазон входного сигнала?

          Динамический диапазон усилителя Dу представляет собой выраженное в децибелах отношение максимального выходного напряжения, при котором нелинейные искажения не превышают допустимых значений, к минимальному значению выходного напряжения, ограниченному уровнем шумов и помех в усилителе

                 Динамический диапазон усилителя — логарифм отношения максимальной амплитуды входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя

           2.8 Исследование зависимости амплитуды выходного напряжения усилителя от частоты входного гармонического  напряжения.

           Для этого:

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

2.8.1 На входе усилителя (на выходе генератора) выставил амплитуду сигнала, соответствующую середине динамического диапазона усилителя (Umвх ном).

2.8.2 Изменял частоту колебаний генератора в соответствии со значениями, указанными в таблице 2 и измерял амплитуду выходного напряжения с помощью осциллографа.

Таблица 3

f, кГц

0,001

0,01

0,1

1

10

100

1000

1·104

1·105

1·106

1·107

Um вых, В

0,037

0,599

4,2

5

5,1

5,2

5,2

5,25

3

0,8

0,09

Ки

0,9

14,3

100

23,8

121,4

123,8

123,8

125

71,4

19

2,1

Uвх ном= 42мВ

           

2.8.3 Измеренные значения амплитуды поместил в таблицу 3 и вычислил коэффициент усиления усилительного каскада по напряжению (Ки=Umвых/Uвх ном).

2.8.4 Построил в соответствии с таблицей 3 амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилительного каскада, как зависимость Ки(f).

2.8.5 Определил полосу пропускания усилительного каскада в соответствии с рисунком 3 кратких теоретических сведений.

2.9 Исследование влияния элементной базы усилительного каскада на вид АЧХ в области верхних  и нижних частот.

2.9.1 Заменил транзистор BC237A на 2N4401, у которого больше граничная частота.

           Убедился, что на частоте входного сигнала f=1·107 кГц=1·1010 Гц амплитуда выходного сигнала (а, значит, и коэффициент усиления по напряжению) увеличивается. Измеренное значение амплитуды выходного сигнала поместил в таблицу 4.

2.9.2 Подключил параллельно сопротивлению нагрузки конденсатор Сн=30пФ.

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

2.9.4 Установить частоту гармонических колебаний генератора 10 Гц. Заменить разделительный конденсатор С2=33мкФ на конденсатор ёмкостью С=330мкФ.

Убедиться, что на амплитуда выходного сигнала (а, значит, и коэффициент усиления по напряжению) увеличивается . Измеренное значение амплитуды выходного сигнала поместить в таблицу 4.

Таблица 4

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Частота,

элементная

база

f=107кГц

Тр-ор

ВС237А

f=107кГц

Тр-ор

2N4401

f=107кГц

Rн

f=107кГц

Rн||Cн

f=10Гц

С2=3,3мкФ

f=10Гц

С2=330мкФ

Um вых, В

9,4

1,8

9,3

9,4

9,4

9,2

2.9.5 Используя краткие теоретические сведения сделать выводы из полученных результатов с учетом ответов на следующие вопросы:

             а) Дайте определение амплитудно-частотной характеристике.

             Амплитудно – частотная характеристика – графическая или табличная характеристика, показывающая изменение амплитуды выходного сигнала усилителя от частоты этого сигнала при условии, что амплитуда входного сигнала не меняется в зависимости от частоты

              б) Чем определяется завал АЧХ на верхних частотах и как его уменьшить?

Завал АЧХ на верхних частотах определяется влиянием емкостей транзистора, монтажа, входной емкости следующего каскада.

              в) Чем определяется завал АЧХ на нижних частотах и как его уменьшить?

Завал на нижних частотах определяется влиянием конечности величины Ср2, которая оказывает сопротивление переменному току

             г) Что такое полоса пропускания усилителя и как она определяется?

Интервал частот, заключенный между Iн и Iв  называется полосой частот пропусканияFпр усилителя( Fпр =fвfн).

           Вывод: Научить определять и анализировать зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.  

4 Контрольные вопросы

4.1 Какие параметры усилителей вы знаете?

Коэффициент усиления по напряжению - отношение напряжения, получаемого на выходе усилителя, к напряжению, подведенному к его входу.          K = Uвых/Uвх

          Выходная мощность - является одной из основных величин, характе-ризующих оконечные каскады (усилители мощности). Максимальная мощность на выходе усилителя ограничена искажениями, возникающими за счет нелинейности характеристик ламп при больших амплитудах сигналов

          Коэффициент полезного действия (к. п. д.) - усилителя позволяет оценивать его экономичность. Различают электрический и промышленный к. п. д.

Вып.

Куцко А.В.

                Лабораторная работа №6

Тема: Исследование зависимости выходного напряжения усилительного каскада от амплитуды и частоты входного сигнала.

Лист

Пров.

Якуц М.Ю.

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата

4.2 Что такое амплитудная и амплитудно-частотная характеристика усилителя?

Амплитудно – частотная характеристика – графическая или табличная характеристика, показывающая изменение амплитуды выходного сигнала усилителя от частоты этого сигнала при условии, что амплитуда входного сигнала не меняется в зависимости от частоты.

4.3 Какие параметры усилителя напряжения можно определить по амплитудной и амплитудно-частотной характеристикам?

                 Изменение амплитуды выходного сигнала усилителя от частоты.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63917. Различия в социально-психологической адаптации городской и сельской молодежи в период учебной деятельности в ВУЗе 47.5 KB
  Самой главной опасностью по признанию самих студентов является незнакомая среда в которой приезжий студент предоставлен сам себе. В студенческих общежитиях где проживает большинство приезжих студентов у ребят может отсутствовать место где они могут спокойно подготовиться к занятиям.
63918. Трансформация коммуникативных практик в контексте социокультурных изменений (на примере посткризисного региона Чечня) 76.5 KB
  Между тем изучение коммуникации посткризисного региона может помочь не только вникнуть в суть самого кризиса но и проникнуть в психологию общества ведь каждый человек и общество в целом отражает в коммуникации свое видение вещей. На сегодняшний день не существует ясности...
63919. Социальная солидарность и социальное отчуждение в перспективе общественного воспроизводства 69 KB
  Человек не способный понимать всего социально-экономического значения взаимной солидарности никогда не будет истинно свободным истинно честным и истинно благородным человеком. Такие понятия как социальная солидарность и социальное отчуждение достаточно знакомы нашему обществу...
63920. Влияние Интернета на социально-политические процессы в государстве: «твиттерные революции» в арабском мире 53 KB
  Вместе с этим меняются и методы воздействия на сознание людей и даже способы ведения войны. Продукт современной операции информационно-психологической войны это сводка новостей СМИ в формате журналистского репортажа...
63921. Государственная служба в современной России: природа, виды, проблемы регулирования 22.87 KB
  Среди задач которые необходимо решить в процессе реформирования социально-политической системы страны особое место занимает реформирование государственной службы. Цель реформирования повышение эффективности государственной службы в интересах развития гражданского общества...
63922. Черты немецкого характера в вербализации концепта «порядок» 85 KB
  Особое направление в лингвистике изучающее соотношения языка и сознания когнитивная лингвистика рассматривает каждый язык как познавательный механизм. Забегая вперёд мы предположим что существует и устойчивая ассоциативная связь между немецкий и порядок.
63923. Технология сдачи отчетности бухгалтером ООО «РусЕвроТех» 35.12 MB
  Формирование и сдача бухгалтерской налоговой и управленческой отчетности финансово-хозяйственной деятельности Компании. Формирование учетной и налоговой политики в соответствии с действующим законодательством и потребностями Компании...
63924. Защита коммерческой тайны ООО «Астра-ком» 526 KB
  Сегодня сведения связанные с коммерческой деятельностью приобретают безусловную ценность если они касаются конфиденциальной информации потенциального конкурента. Как известно в деловом мире сложились традиционные приемы и методы получения информации о клиентах.
63925. Проблема миграционной политики современной России 4.11 MB
  Таким образом, целью курсовой работы является проблема миграционной политики современной России. Для детального изучения данной цели мы выделяем следующие задачи для раскрытия темы: рассмотреть место России в международных миграционных процессах; исследовать методы управления миграционными потоками; дать характеристику политики в отношении возвращающихся мигрантов...