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

30436. Форма правления и государственный режим в Бразилии, формирование и взаимодействие высших государственных органов 15.22 KB
  Акты Президента требуют одобрения обеих палат; если проект не принимается одной из палат то он считается отвергнутым. Если пост Президента становится вакантным или возникают препятствия в исполнении им своих обязанностей то их исполняет вицепрезидент а если названные обстоятельства возникают и в отношении президента и вицепрезидента одновременно то пост главы государства замещается в следующей последовательности председатель Палаты депутатов председатель Федерального сената и председатель Федерального верховного суда. Президента...
30437. Бразильский федерализм и местное самоуправление 15.64 KB
  территориальная структура была несколько реорганизована в частности федеральные территории Рорайма и Амапа обрели статус штатов. 23 установила совместную сферу компетенции Союза штатов и муниципалитетов и федерального округа распределение которой а точнее сотрудничество в которой опятьтаки передано в ведение дополняющего закона. Наконец третья сфера компетенции установленная основным законом конкурирующая компетенция Союза штатов и федерального округа к которой в частности отнесено трудовое исправительное экономическое и...
30438. Конституционное развитие Казахстана 16.32 KB
  Принципиально новыми положениями Конституционного закона стали провозглашение Казахстана независимым демократическим правовым государством а также преобразование Казахской ССР в Республику Казахстан. Закон предусмотрел такой государственный орган как Комитет конституционного надзора призванный обеспечить верховенство Конституции. Начальный этап конституционного развития Республики Казахстан завершился принятием 28 января 1993 г. Практическое применение показало что отдельные вопросы требующие конституционного...
30439. Форма правления и государственный режим в Казахстане, формирование и взаимодействие высших государственных органов 16.15 KB
  2 Конституции республика является государством с президентской формой правления. Однако анализ содержания Конституции в частности системы государственных органов показывает что с точки зрения принятой классификации форм правления Казахстан представляет собой не президентскую а смешанную республику функционирующую по президентскому тину. В Конституции же Казахстана мы находим и возможность хотя и усеченную выражения Парламентом вотума недоверия правительству п. 3 Конституции система сдержек и противовесов последовательного применения не...
30440. Политико-территориальное устройство и организация местной власти в Казахстане 18.2 KB
  и местных исполнительных органов устанавливая что компетенция маслихатов порядок их организации и деятельности правовое положение их депутатов равно как и компетенция и порядок деятельности местных исполнительных органов устанавливаются законом. Такой закон сегодня Закон О местных представительных и исполнительных органах Республики Казахстан от 10 декабря 1993 г. 87 определяет правовые основы организации и деятельности местных органов исполнительной власти. Взаимоотношения местных представительных и исполнительных органов...
30441. Юридическая и социально-политическая сущность конституции 15.07 KB
  Юридическая и социальнополитическая сущность конституции В науке конституционного права понятие “конституция†применяется в двух смыслах. В формальном смысле это юридическая конституция т. Юридическая конституция представляет собой документ предписывающий то что должно быть. Серьезные расхождения между юридической и фактической конституциями иногда порождают фиктивность части положений основного закона.
30442. Основные тенденции развития конституционного права 14.29 KB
  Социализация это тенденция означающая что конституционноправовые нормы все шире регулируют основы устройства не только государства как это делали первые конституции но и общества в целом включая его экономическую политическую1 социальную и культурную системы. Данная тенденция проявляется в пополнении перечня конституционных прав свобод и обязанностей правами и обязанностями социальноэкономическими и культурными в регулировании отношений между трудом и капиталом в установлении социального предназначения собственности и т....
30443. Права, свободы и обязанности человека и гражданина, соотношение между ними 14.85 KB
  Права свободы и обязанности человека и гражданина соотношение между ними Подчеркивая две составные части в формуле права человека и права гражданина конституционноправовая теория исходит из того что первые проистекают из естественного права а вторые из позитивного хотя и те и другие носят неотъемлемый характер. Права человека являются исходными они присущи всем людям от рождения независимо от того являются они гражданами государства в котором живут или нет а права гражданина включают в себя те права которые закрепляются...
30444. Равенство прав, свобод и обязанностей, запрет дискриминации в зарубежных странах 16.24 KB
  Равенству граждан противостоит дискриминация являющаяся формой насилия над человеком. Дискриминация выступает как отрицание равенства граждан и основных принципов демократического правового государства. В прошлом в ряде стран дискриминация возводилась на уровень государственной политики. Расовая дискриминация.