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

16 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

3856. Розв’язування задачі Коші методом Рунге-Кутта 163 KB
  Розв’язування задачі Кошіметодом Рунге-Кутта Мета роботи: вивчити і засвоїти постановку та методи розв’язування задачі Коші. Навчитися досліджувати розв’язок , використовуючи метод Рунге-Кутта. Короткі теоретичні відомості Тільк...
3857. Методи розв’язування диференційних рівнянь у частинних похідних 130.5 KB
  Методи розв’язування диференційних рівнянь у частинних похідних Мета роботи: Засвоїти теоретичний матеріал і методи розв’язування диференційних рівнянь у частинних похідних, набути практичні навики знаходження їхніх наближених значень...
3858. Информационные возможности непрерывного канала связи 1.01 MB
  Дайте определение понятию «Информационные возможности» каналов связи на физическом уровне. Изобразите модель передачи информации по каналу с помехами с описанием количественных характеристик. Под информационными возможностями канала будем понимат...
3859. Експлуатація повітряних суден 726 KB
  Експлуатація повітряних суден. На методологічній основі вивчення авіаційної техніки як об'єкту експлуатації, конструктивно-експлуатаційних властивостей і показників повітряних суден, розглянуті структура та зміст системи технічної експлуатації повітряних суден, її організаційні аспекти, а також характеристика програми та основних стратегій технічного обслуговування і ремонту АТ.
3860. Оцінка радіаційної обстановки після аварії на АЕС 62.61 KB
  Оцінка радіаційної обстановки після аварії на АЕС Завдання На північній АЕС сталася аварія з викидом шкідливих радіоактивних речовин в навколишнє середовище. Промисловий об’єкт розташований на відстані Rвід АЕС, може попасти в зону радіац...
3861. Фрейми. Інтерактивні Web-сторінки 33.5 KB
  Фрейми. Інтерактивні Web-сторінки Мета роботи - після виконання роботи студент повинен знати: базові команди мови HTML з реалізації фреймів основи мови HTML зі створення форм базові команди мови HTML із реалізації меню принципи створення інтеракт...
3862. Философия как дисциплина научного познания. Генезис философии 470 KB
  Генезис философии. Нужно отметить, что генезис является проблемой для самой философии, развиваясь, она постоянно сталкивается с проблемой собственного возникновения, ибо, только решив ее, философия сможет в полной мере осознать свою сущность. Сущест...
3863. Контрольна робота. Механіка матеріальної точки 86.01 KB
  Механіка матеріальної точки За заданими рівняннями руху х=х(t), у=у(y) (та z=z(t) для 2 рівня складності) матеріальної точки масою т =1кг встановити: Рівняння та вид траєкторії точки побудувати графік. Вектори переміщення, середньої швидкості та їх...
3864. Управляющие операторы или принятие решений в VB6 428.5 KB
  Управляющие операторы или принятие решений в VB6. Операторы, которые могут изменить последовательность выполнения операторов процедуры. Основанием для принятия решений в управляющих операторах являются условные (логические) выражения. Логические вы...