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

67729. Проектирование промышленных зданий (гараж-стоянка для санитарных машин) 169 KB
  Основные и фахверковые колонны. Класс конструктивной Класс пожарной опасности строительных конструкций не ниже пожарной опасности здания Несущие стержневые элементы колонны ригели фермы и др. Фундаменты и фундаментные балки Типовые столбчатые монолитные железобетонные фундаменты под колонны состоят...
67731. Экономическое содержание и основы организаций оборотного капитала 119 KB
  Оборотные средства обеспечивают непрерывность производства и реализации продукции предприятия. Оборотные производственные фонды вступают в производство в своей натуральной форме и в процессе изготовления продукции целиком потребляются, перенося свою стоимость на создаваемый продукт.
67732. РАЗРАБОТКА БАЗЫ ДАННЫХ ДЛЯ ИНТЕРНЕТ-МАГАЗИНА СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ 1.38 MB
  Перед созданием сайта необходимо разработать структуру будущей базы данных. Используя программный продукт ErWinDataModeller, создадим её. На рисунке 1 представлена структура базы данных интернет-магазина сотовых телефонов.
67733. Проект трехфазного силового масляного двухобмоточного трансформатора 859.74 KB
  Необходимость распределения энергии по разным радиальным направлениям между многими мелкими потребителями приводит к значительному увеличению числа отдельных трансформаторов по сравнению с числом генераторов. При этом суммарная мощность трансформаторов в сети на каждой следующей ступени с более низким...
67736. Расчет затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) и гибке изделий из латуни Л63 397.5 KB
  Процесс выдавливания осуществляют на специальных токарно-давильных станках. Оправка, изготовляемая из металла, вращается с заданной скоростью. Заготовка с помощью прижима удерживается на оправке и благодаря силам трения вращается вместе с ней. Передача деформирующих усилий осуществляется с помощью...
67737. Расчет затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) и гибке изделий из стали – 40 347 KB
  Для значительных пластических деформаций, что имеет место при гибке заготовок с относительным радиусом закругления изгиб сопровождается уменьшением толщины материала и смещением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон. В этих случаях радиус кривизны нейтрального слоя деформации следует определять по формуле...