70748

Простейшие усилительные каскады и обратная связь в усилителях

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Устройство осуществляющее увеличение энергии управляющего сигнала за счет энергии вспомогательного источника источника питаний называется усилителем Общая структурная схема усилителя электрических сигналов представлена на рис.

Русский

2014-10-26

848 KB

3 чел.

Лабораторная работа № 6.

Простейшие усилительные каскады и обратная связь в усилителях.

Цель работы - экспериментально исследовать основные характеристики и рас считать основные параметры резистивно-ёмкосного усилительного каскада, изучить. некоторые методы схемной реализации отрицательной обратной связи и влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителя.

Приборы и модули: электронный осциллограф, генератор звуковых и ультразвуковых частот, генератор сигналов высокочастотный, универсальный лабораторный стенд модули N4, 8.

Сведения из теории.

Устройство, осуществляющее увеличение энергии управляющего сигнала за счет энергии вспомогательного источника (источника питаний) называется усилителем Общая структурная схема усилителя электрических  сигналов представлена на рис.1.

Строго говоря, все электронные усилители являются усилителями мощности, так как мощность в выходной цепи усилителя всегда превышает мощность, во входной цепи. При этом усилитель получает энергию, преобразуемую в усиленные электрические колебания, от источника питания. Однако в ряде случаев основным показателем служит не величина входной и выходной мощности, а напряжение или ток на выходе усилителя. Поэтому электронные усилители условно делят на усилители напряжения, тока и мощности. К каждому из этих видов усилителей предъявляются специфические требования.

Основные параметры и характеристики усилителей.

В общем случае любой усилитель может быть представлен в виде четырехполюсника, имеющего 2 входных и 2 выходных зажима. Усилительные свойства такого четырехполюсника можно оценивать в зависимости от того, что является основным выходным показателем усилителя (мощность, ток или напряжение).

Коэффициент усиления по напряжению определяется: 

Коэффициент усиления по току: 

Коэффициент усиления по мощности: 

В общем случае коэффициент усиления усилителя является комплексной величиной, так как выходное напряжение отличается от входного не только по амплитуде, но и по фазе. Поэтому:

где:

Таким образом, коэффициент усиления на любой частоте характеризуется модулем коэффициента усиления К и углом сдвига фаз φ между выходным и входным напряжениями. Модуль коэффициента усиления часто оценивается в логарифмических единицах - децибелах. Связь между соответствующими оценками по напряжению и по мощности дается выражениями:

Зависимость К и φ от частоты характеризуют амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя соответственно.

Амплитудно-частотной характеристикой усилителя называется зависимость модуля коэффициента усиления от частоты. Частотную характеристику строят прямоугольной системе координат, причем часто используют логарифмический масштаб по оси частот из-за широкого частотного диапазона современных усилителей (рис. 2.)

Фаза-частотной (фазовой) характеристикой усилителя называется зависимость угла сдвига фаз между выходным и входным напряжениями от частоты. Один из примеров возможной фазовой характеристики усилителя приведен на рис.3.

Третьей основной характеристикой усилителя является амплитудная характеристика, представляющая собой зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения, снятую при постоянной частоте входного сигнала.

Идеальная амплитудная характеристика должна быть прямой, проходящей через начало координат под углом наклона предполагаемым коэффициентом усиления усилителя на данной частоте. Реальная амплитудная характеристика отличается от идеальной как в области малых, так и в области больших сигналов (рис.4). 

В области малых сигналов отклонения характеристики от идеальной связаны с шумами усилителя, а в области больших сигналов - с перегрузкой активных элементов.

Переходная характеристика усилителя представляет собой отклик усилителя (или изменение напряжения во времени на его выходе) при подаче на вход усилителя напряжения в виде единичного скачка.

В реальном усилителе выходное напряжение отличается по форме от входного, т.е. усилитель вносит искажения. Искажения сигналов в усилителе возникают из-за отличия реальных характеристик усилителя от идеальных. Различают линейные и нелинейные искажения. Линейные искажения обусловлены наличием и влиянием реактивных элементов усилителя. К линейным относятся частотные, фазовые и переходные искажения.

Изменение формы выходного напряжения, вызванное изменением относительных значений амплитуд отдельных гармонических составляющих спектра, называют частотными искажениями. Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений М, представляющим собой отношение коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на данной частоте. Обычно частотные

искажения оценивают на границе полосы пропускания усилителя на уровне 1/√2 которому соответствуют частоты fВ и fН, в децибелах (рис.5). 

Из рисунка 5 следует, что коэффициент частотных искажений в области низких частот:

а в области высоких частот:

Фазовыми искажениями называют изменение формы выходного напряжения вызванное неодинаковым сдвигом во времени отдельных гармонических. составляющих сигнала. Фазовые искажения обычно оценивают в градусах или радианах отклонения реальной фазовой характеристики от идеальной.

Переходные искажения проявляются при усилении импульсных сигналов. Степень переходных искажений оценивается длительностью фронта τФР и длительностью спада τСП импульса на выходе усилителя, относительным спадом (сколом) вершины Δ за время, равное длительности импульса, относительной величиной высокочастотного выброса δ (рис.6).

Длительность фронта оценивается временем, в течение которого выходной импульс нарастает от уровня 0,1 до уровня 0,9 от своего максимального значения.

Искажения вершины импульса (скол вершины) связаны с влиянием постоянной времени усилителя, проявляющей себя в области низких частот как дифференцирующая цепь. Искажения фронта и спада импульса связаны с влиянием другой постоянной времени усилителя, проявляющей себя в области высоких частот как интегрирующая цепь.

Нелинейными искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное появлением в спектре сигнала новых гармонических составляющих. Они являются следствием нелинейности амплитудной характеристики усилителя. Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом гармоник Kf представляющим собой отношение действующего значения появившихся в выходном сигнале гармоник напряжения (тока) к напряжению (току) первой гармоники. При этом считают, что на вход подается чисто гармоническое колебание. Коэффициент гармоник:

Резистивно-емкостной усилительный каскад.

Резистивно-емкостные усилительные каскады или -усилители являются основными каскадами усиления напряжения. Принципиальная электрическая схема -каскада не биполярном транзисторе показана на рис.7.

Для нормальной работы усилителя необходимо обеспечить соответствующие начальные значения постоянных напряжений на базе, эмиттере и коллекторе постоянных токов базы и коллектора. Совокупность значений тока коллектора и напряжения на коллекторе при напряжении внешнего генератора UГ=0 называется, рабочей точкой (точка 0 рис.8). Рабочая точка должно удовлетворять следующим требованиям:

1. Лежать в линейной области характеристики, где сохраняется линейная зависимость между токами коллектора и базы, т.е. β=const.

2. Быть стабильной при изменении параметров транзистора.

3. При двух полярном входном сигнале необходимо рабочую точку выбирать на середине линейного участка статических выходных характеристик транзистора.

Резисторы в цепи базы, эмиттера и коллектора выбирают таким образом чтобы обеспечить начальное положение рабочей точки в соответствии с указанными требованиями.

Рассмотрим назначение элементов схемы -каскада:

R1, R2 - базовый делитель, устанавливающий расчетное постоянное напряжение на базе транзистора и обеспечивающий начальный ток базы в рабочей точке;

RЭ, CЭ - цепочка температурной стабилизации режима транзистора по постоянному току;

RH - сопротивление нагрузки каскада (входное сопротивление следующего каскада);

СР - разделительные конденсаторы для разделения постоянного напряжения смещения и напряжения сигнала.

Штриховыми линиями на схеме показаны выходное сопротивление активного элемента RВЫХ и три конденсатора СВЫХ, СМ, СВХ. Эти элементы не показывающие принципиальных электрических схемах. Но поскольку эти элементы оказывают существенное влияние на работу -каскада, то их обычно учитывают при работе усилителя и рисуют на эквивалентных схемах -каскада.

СВЫХ - выходная емкость транзистора, представляющая собой ёмкость коллектора относительно общей шины.

СВХ - входная емкость следующего каскада (емкость нагрузки).

СВХ - емкость монтажных проводников.

Все эти емкости малы и их величина составляет единицы - десятки пикофарад.

Поскольку для переменной составляющей тока они оказываются включенными параллельно друг другу, то можно записать при условии, что СР >>СВХ:

Величина С1 обычно составляет несколько десятков пикофарад. Величина СP - от десятых долей до десятков - сотен микрофарад.

Принцип усиления напряжения входного сигнала поясняется на рис.8, где показаны входная и выходная статические характеристики транзистора, изменения входного управляющего сигнала и соответствующие ему изменения токов базы, коллектора и напряжения на коллекторе.

Управляющее напряжение входного сигнала UБЭ прикладывается между базой эмиттером. По закону изменения входного сигнала будет изменяться ток базы iБ как следствие этого - ток коллектора iК, который в β раз больше тока базы. Ток коллектора создает на резисторе RK падение напряжения U=IRK. Мощность затрачиваемая на входе усилителя PВХ=UmБЭI. Мощность в выходной цепи усилителя PВЫХ=UmKImK.

Для эффективного управления эмиттерным р-n-переходом достаточны напряжения сигнала с амплитудами UmБЭ в десятые доли вольта. Переменное напряжение на коллекторе транзистора UK=EK-iKRK. Величина напряжения источника питания каскада EK обычно составляет единицы - десятки вольт. Поэтому, амплитудное значение напряжения на коллекторе UmK оказывается намного больше UmБЭ. С другой стороны I в β раз больше I.Следовательно, мощность на выходе усилителя оказывается гораздо больше мощности, затрачиваемой во входной цепи. Причем, выигрыш по мощности получается за счет энергии источника постоянного напряжения EK, питающего усилитель.

Заменив транзистор эквивалентным генератором тока I, изобразим часть электрической схемы -каскада между точками 1 и 2 в виде эквивалентной схемы для малых переменных сигналов (рис.9). Обозначив параллельные соединение RВЫХ||RК =R' и СВЫХМВХ1 эквивалентную схему представим в виде (рис.96).

= R'   и Св

На последней схеме явно выделяются две -цепи - интегрирующая и дифференцирующая. Интегрирующая цепь образована конденсатором C1 и  и
параллельным соединение резисторов
RH и R′.

Интегрирование происходит на высоких частотах, для которых сопротивлением конденсатора СР можно пренебречь, т.к СР>> С1. Постоянная времени интегрирования в области высоких частот τВ=RЭС1; где RЭ=RH||R′. Ее называют постоянной времени нагрузочной цепи. Коэффициент усиления каскада в области высоких частот является комплексной величиной и равен:

где К0 - коэффициент усиления в области средних частот

Дифференцирующая цепь образована конденсатором СР и последовательным соединением резисторов RH и R′.Влиянием С1 в области низких частот, где происходит дифференцирование, можно пренебречь, т.к. на низких частотахсопротивление конденсатора С1 будет очень велико и не окажет существенного шунтирующего действия на нагрузку. Постоянная времени дифференцирования в области низких частот τН=(RH+R′)СР.Ее называют постоянной времени переходной цепи. Коэффициент усиления каскада в области низких частот является комплексной величиной и равен:

В широкой области частот, расположенной между низкими и высокими частотами (область средних частот), сигналы будут проходить через интегрирующую и дифференцирующую цепь без существенных изменений. Поэтому влиянием С1 и СР в области средних частот можно пренебречь. В области средних частот коэффициент усиления каскада является вещественной величиной и равен К0≈β. Таким образом, в области средних частот АЧХ -каскада будет равномерной.

В областях высоких и низких частот АЧХ зависит от частоты. Коэффициент усиления каскада на высоких и низких частотах уменьшается. Полная АЧХ -каскада представлена на рис.10.

Спад АЧХ в области низких частот зависит от постоянной времени дифференцирующей цепи τН. τН связана с нижней граничной частотой усилителя ωН следующим образом:

Спад АЧХ в области высоких частот зависит от постоянной времени интегрирования τВ. τВ связана с верхней граничной частотой усилителя:

При усилении импульсных сигналов интегрирующая цепь искажает фронт и пик импульса. Искажения фронта импульса связаны с постоянной времени интегрирования:

Искажения вершины импульса (скол вершины Δ) связаны с постоянной времени дифференцирования:

где tИ - длительность импульса.

Два последних соотношения выражают отношение между параметрами частотной и переходной характеристик -усилителя.

Резонансный усилитель.

Резонансные усилители относятся к классу избирательных усилителей. Избирательные усилители предназначены для усиления сигналов в заданной полосе частот. Они характеризуются максимальным коэффициентом усиления К, частотой максимального усиления, полосой пропускания и избирательностью, которая определяется крутизной склонов частотной характеристики.

Количественно избирательность описывается коэффициентом прямоугольности частотной характеристики:

где Δf0,1 и Δf0,01- ширина полосы пропускания на уровне 0,1 и 0,01 соответственно.

У идеального избирательного усилителя KП равнялся бы 1.

Различают резонансные и полосовые избирательные усилители. В полосовых усилителях в качестве нагрузки используются системы связанных контуров. В резонансных усилителях на высоких частотах в качестве нагрузки активного элемента применяют одиночный резонансный контур (рис.11). Коэффициент усиления RС-каскада на полевом транзисторе равен К=SRC, где RC - сопротивление стоковой нагрузки. В резонансном каскаде стоковой нагрузкой является частотно-зависимая цепь - параллельный колебательный контур. Его сопротивление на резонансной частоте активно и равно:

Следовательно, на резонансной частоте коэффициент усиления каскада равен:

Коэфициент усиления резонансного каскада будет зависеть от частоты, чем и обеспечивается избирательность каскада.

Частотная характеристика такого усилителя определяется резонансными свойcтвами контура и шунтирующим действием подключенных к нему цепей - выходным сопротивлением активного элемента и сопротивлением нагрузки.

Шунтирование уменьшает добротность контура, поэтому избирательность усилителя получается ниже избирательности используемого колебательного контура.

Обратная связь в усилителях.

Связь между цепями усилителя, при которой часть энергии усиленных колебаний из его выходной цепи передается во входную цепь, называется обратной.

Обычно связь входной и выходной цепей осуществляется через пассивные элементы (R, L, С). Упрощенная структурная схема усилителя с обратной связи представлена на рис.12. (Стрелками обозначено направление передачи входного сигнала UВХ и сигнала обратной связи Uχ.

Пассивная цепь χ соединяющая выход усилителя с его входом, называют цепью обратной связи, а весь усилитель - усилителем с обратной связью. Цепь обратной связи вместе с усилителем образует замкнутый контур, называемый петлей обратной связи. В реальных усилителях различают три вида обратной связи внутреннюю, внешнюю и паразитную. Внутренняя обратная связь имеется во всех активных элементах и зависит от их физических свойств.

Паразитная обратная связь возникает в усилителях из-за паразитных емкостей . индуктивных и других связей, создающих пути для передачи напряжения с входа усилителя на его вход.

Внешняя обратная связь определяется наличием специальных цепей, введённых в усилитель. В большинстве случаев ни внутренними, ни паразитическими обратными связями управлять невозможно. Поэтому в реальных схемах стремятся лишь к их уменьшению за счет выбора активного элемента и рационального конструирования усилителя. Внешняя обратная связь легко управляема и ее специально вводят в схему усилителя для улучшения параметров и характеристик усилителя - увеличения стабильности коэффициента усиления, расширения полосы пропускания, уменьшения искажений, увеличения входного сопротивления и уменьшения выходного сопротивления.

В зависимости от схемы присоединения цепи обратной связи ко входу усилителя, различают последовательную и параллельную обратную связь, а к выходу - обратную связь по напряжению и по току. Соответственно может быть 4 варианта схем усилителей с обратной связью: усилитель с последовательной обратной связью по напряжению (рис.13 а), усилитель с последовательной обратной связью по току (рис.13 б), усилитель с параллельной обратной связью по напряжению (рис.13 в) и усилитель с параллельной обратной связью по току (рис.13 г).

Найдем выражение для коэффициента усиления усилителя с обратной связью. Для этого воспользуемся схемой с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению (рис.13 а).

Введем следующие обозначения:

- напряжение на входе усилителя с обратной связью;

- напряжение на входе усилителя без обратной связи;

- напряжение на выходе усилителя;

 - коэффициент усиления усилителя без обратной связи;

 - напряжение на выходе цепи обратной связи;

- коэффициент передачи цепи обратной связи;

- коэффициент усиления усилителя с обратной связью.

Для простоты считаем, что входное сопротивление цепи обратной связи выходного сопротивления усилителя, а выходные сопротивления цепи обратной связи и источника сигнала значительно меньше входного сопротивления усилителя.

При выполнении этих условий:

Откуда:

Из последнего выражения видно, что введение обратной связи в усилитель изменяет его коэффициент усиления в раз. Величину  называют глубиной обратной связи. Произведение  определяет характер и численноезначение обратной связи и называется петлевым усилением.

В зависимости от соотношения фаз напряжения источника сигнала и напряжения обратной связи величинаможет изменяться по-разному.

Если фаза напряжения, поступающего на вход усилителя из цепи обратной связи, сдвинута на 180° по сравнению с фазой напряжения, поступающего на вход усилителя от источника сигнала, то произведение  отрицательная вещественная величина. Такая обратная связь называется отрицательной.

При отрицательной обратной связи:

Введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя, что естественно, является недостатком. Однако все остальные характеристики усилителя при введении отрицательной обратной связи улучшаются. Уменьшение же коэффициента усиления легко скомпенсировать за счет введения дополнительных каскадов усиления.

Следует иметь ввиду, что положительную обратную связь специально вводят в автогенераторах электрических колебаний, представляющих собой усилитель с положительной обратной связью. Отрицательную обратную связь вводят в усилители для улучшения их параметров и характеристик.

Рассмотрим механизм действия отрицательной обратной связи на некоторых примерах.

Для случая последовательной обратной связи по напряжению электрическая схема приведена на рис.13 а. Для любого момента времени для переменных составляющих напряжения можно записать:

Напряжение обратной связи создается на резисторе обратной связи.

Изобразим часть схемы усилительного каскада так, как показано на рис.14.

Как видно из рисунка, напряжения UГ и Uχ можно рассматривать как два источника напряжения последовательно включенные навстречу друг другу. Поскольку |UГ|≈|Uχ| (величина UВХ обычно мала по сравнению с ними), то такую обратную связь называют 100% последовательной обратной связью по напряжению, так как практически все выходное напряжение UВХ=Uχ приложенное ко входу в противофазе по отношению к входному напряжению UГ и Uχ.Так как |Uχ| немного меньше |UГ| то коэффициент передачи этой схемы по напряжению немного меньше 1. Т.е. напряжение на выходе повторяет по форме и по величине входное напряжение UГ.Поэтому этот каскад называют эмиттерным повторителем.

В случае последовательной отрицательной обратной связи по току (рис .13 б), коллекторный ток каскада IВЫХ, протекая через транзистор и резистор обратной связи RC включенный в цепь эмиттера, создает на резисторе RC падение напряжения. Последнее в любой момент времени включено противофазно по отношению к входному напряжению, как и в предыдущем случае. Коэффициент передачи цепи обратной связи χ=RC/RC. Поскольку напряжение обратной связи является следствием тока нагрузки каскада, то такая обратная связь классифицируется как последовательная отрицательная обратная связь по току.

Влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителя.

При введении в усилитель отрицательной обратной связи изменяются его частотная характеристика, стабильность коэффициента усиления, величина входного и выходного сопротивлений. Известно, что частотная характеристика -усилителя имеет спады в области низких и высоких частот. Для усилителя, охваченного последовательной обратной связью по напряжению, можно записать для коэффициента усиления в области высоких частот:

Так как  то

где - постоянная времени нагрузочной цепи усилителя, охваченного отрицательной обратной связью.

Из последнего выражения видно, что постоянная времени в области высоких частот усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению в  раз меньше постоянной времени усилителя без обратной связи. Это означает, что верхняя граничная частота силителя с обратной связью увеличивается в  раз, расширяя полосу усилителя  в сторону высоких частот.

так как то .

Таким образом, постоянная времени переходной цепи усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, в  раз больше постоянной времени усилителя без обратной связи. При этом нижняя граничная частота усилителя становится равной  т.е. уменьшается в  раз и полоса пропускания усилителя во столько же раз расширяется в сторону низких частот.

Введение в усилитель отрицательной обратной связи приводит к повышению стабильности коэффициента усиления. Дифференцируя выражение для коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью по К и считая χ=const имеем:

Таким образом отрицательная обратная связь уменьшает нестабильность коэффициента усиления в  раз. Особенно хорошие результаты получаются при глубокой отрицательной обратной связи.

Действительно при K>>χ:

Т.е. при глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления практически не зависит от параметров усилителя, а определяется только параметрами цепи обратной связи. Так как цепь обратной связи состоит обычно из пассивных элементов тоусилитель отрицательной обратной связи изменяет также входное и выходное сопротивление усилителя. Можно показать, что при последовательной отрицательной обратной связи входное сопротивление увеличивается пропорционально глубине обратной связи, а при параллельной - уменьшается во столько же раз. При обратной связи по напряжению выходное сопротивление уменьшается в  раз, а при обратной связи по току - увеличивается во столько же раз. Результаты влияния того или иного вида отрицательной обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя сведены в таблицу.

Таким образом, введение в усилитель отрицательной обратной связи улучшает все основные характеристики усилителя, причем, чем глубже обратная связь, т.е. чем больше петлевое усиление Кχ тем лучше характеристики. Однако следует иметь ввиду, что при Кχ>>1 фазовый сдвиг либо в усилителе, либо в цепи обратной связи может на какой-либо частоте дополнительно изменяться еще на 180° и тогда отрицательная обратная связь превращается в положительную и усилитель самовозбуждается, превращаясь в автогенератор. Чаще всего такой дополнительный фазовый сдвиг происходит за пределами полосы пропускания и самовозбуждение происходит или на очень низких, или на очень высоких частотах. Для предотвращения самовозбуждения уменьшают петлевое усиление Кχ охватывают одной петлей обратной связи возможно меньшее число каскадов, в каскадах, охваченных обратной связью, применяют схемы межкаскадных соединений с малыми фазовыми сдвигами.

В ряде случаев, например, в радиоизмерительной технике, возникает потребность в избирательном усилении низких частот (сотни герц - единицы килогерц). Для этих цепей широко используют усилители с частотно-зависимой обратной связью, примером которого может служить усилитель с двойным T образным мостом в цепи обратной связи. Структурная схема такого усилителя частотные характеристики усилителя и -моста и электрическая схема -моста приведены на рис.15.

Работа такого усилителя основана на том, что коэффициент передачи отрицательной обратной связи имеет ярко выраженную частотную зависимость:

где ω0=1/RC - частота избирательного усиления.

Из последнего выражения видно, что:

На частоте ω0 коэффициент передачи -моста равен нулю и отрицательная обратная связь отсутствует; коэффициент усиления всего усилителя для всех частот, кроме частоты ω0 сильно уменьшается из-за наличия отрицательной обратной связи.

Таким образом, частотная характеристика всего усилителя имеет резко выраженный максимум на частоте ω0.

Схема избирательного усилителя с -мостом в цепи обратной связи эквивалентна резонансному каскаду, имеющему добротность Q=K/4, где К - коэффициент усиления усилителя без обратной связи, при условии, что соотношения между R и С обеспечены с точностью не хуже 1%.

Задания и методические рекомендации.

1. Исследуйте основные характеристики усилительного -каскада при различных значениях коэффициента обратной связи.

1.1. На основе модуля N4 соберите усилитель по схеме, приведенной на рис.16.

В этом усилителе можно реализовать три различных коэффициента передачи цепи последовательной отрицательной ОС по току. Нулевое значение коэффициента обратной связи, получается при шунтировании конденсатором С всего эмиттерного резистора. При шунтировании нижней части резистора (R7) напряжения ОС выделяется на незашунтированном резисторе R6 и коэффициент обратной связи Если эмиттерный резистор не шунтирован, то

1.2. Снимите частотные характеристики усилителя, подавая на его вход напряжение от генератора звуковых частот с амплитудой UГ=20 мВ и измеряя амплитуду выходного напряжения UВЫХ по осциллографу на частотах, указанных таблице 1 при трех значениях коэффициента обратной связи.

1.3. Постройте амплитудно-частотные характеристики усилителя К(f) в одних осях, используя логарифмический масштаб по оси частот.

1.4. Из полученных частотных характеристик найдите постоянные времени дифференцирования и интегрирования усилителя.

1.5. На частоте максимального усиления снимите амплитудные характеристики усилителя (UВЫХ) записывая данные в таблицу 2.

1.6. Постройте графики амплитудных характеристик и зависимости коэффициента усиления K(UВХ) в одних осях.

1.7. Определите входное сопротивление усилителя по уменьшению амплитуды выходного сигнала, обусловленному включением на вход усилителя последовательного резистора R3.

Для определения входного сопротивления измерьте выходное напряжение усилителя ВЫХ при включении последовательно со входом усилителя дополнительного сопротивления RБ=R3=30 кОм.

В соответствии со схемой на рис.17а можно получить выражение для входного сопротивления RВХ усилительного каскада с коэффициентом усиления К.

Без сопротивления RБ:

С включенным сопротивлением RБ:

Отсюда:    

1.8. Определите выходное сопротивление усилителя по уменьшению выходного напряжения под действием нагрузки. Измерьте амплитуду выходного напряжения UВЫХ1 и UВЫХ2 для двух равных сопротивлений нагрузки RH1=R8=10 кОм и RH1=R9=1 кОм и вычислитепо RВЫХ формуле:

Действительно, в соответствии со схемой на рис.17б.

Разделив одно на другое, получим:

Отсюда:

2. Исследуйте усилитель с частотно-зависимой отрицательной обратной связью На основе модулей N4 и N8 соберите избирательный усилитель с -мостом и цепью обратной связи по схеме на рис.18.

Для уменьшения шунтирующего действия на -мост входного сопротивления усилителя выход -моста подключите ко входу усилителя через резистор 30 кОм. Выход генератора сигналов подключите ко входу усилителя через резистор 300 кОм.

Рассчитайте частоту, на которой коэффициент передачи -моста равен нулю Экспериментально убедитесь в том, что коэффициент усиления усилителя с ч мостом на этой частоте будет максимальным.

Изменяя частоту звукового генератора вблизи частоты избирательного усиления снимите частотную характеристику усилителя с -мостом в цепи обратной связи постройте ее и оцените величину эквивалентной добротности избирательного усилителя. 

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение амплитудно-частотной, фазово-частотной и амплитудной характеристикам усилителя.

2. Назовите виды линейных искажений и вызывающие их причины. Какие причины появления нелинейных искажений и усилителях?

3. Нарисуйте принципиальную электрическую схему -каскада и объясните назначение всех элементов схемы.

4. Какая постоянная времени влияет на поведение частотной характеристики RC-каскада в области высоких частот? Какие элементы схемы усилителя в нее входят.

5. Какая постоянная времени влияет на поведение частотной характеристики RC-каскада в области низких частот? Какие элементы схемы усилителя в нее входят?

6. Как связаны граничные частоты усилителя с соответствующими постоянными времени?

7. Рассчитайте полосу пропускания усилителя вертикального отклонения луча осциллографа, передающего без искажений прямоугольные импульсы с фронтом

tф=100 нс.

8. Рассчитайте постоянную времени переходной цепи усилителя, передающей импульсы длительностью 1 мкс, при условии, что допустимый скол вершины импульса не должен превышать 5%.

9. С какой целью в усилитель вводят внешнюю обратную связь?

10. Как влияет отрицательная обратная связь на частотную характеристику RC-усилителя?

11. Как влияет отрицательная обратная связь на стабильность коэффициента усиления усилителя?

12. Как влияет последовательная обратная связь на входное сопротивление усилителя?

13. При каком условии отрицательная обратная связь может превратиться в положительную?

14. Нарисуйте электрическую схему усилителя с -мостом в цепи обратной связи и его частотную характеристику, и объясните причину избирательности такт усилителя.

15. Как влияет отрицательная обратная связь на переходную характеристику усилителя?

EMBED Unknown  

EMBED Unknown  

EMBED Unknown  

EMBED Unknown  

EMBED Word.Picture.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33191. ВАЛЮТНЫЕ ОТНОШЕНИЯ И ВАЛЮТНАЯ СИСТЕМА 790.1 KB
  Развитие международных валютных отношений обусловлено ростом производительных сил созданием мирового рынка углублением международного разделения труда МРТ формированием мировой системы хозяйства интернационализацией и глобализацией хозяйственных связей. Различаются национальная мировая международная региональная валютные системы. Исторически вначале возникли национальные валютные системы закрепленные национальным законодательством с учетом норм международного права. Национальная валютная система является составной частью денежной...
33192. Сущность страхования. Классификация видов страхования. Формы страхования 13.43 KB
  41 Страхование это отношение по защите имущественных интересов хозяйствующих субъектов и граждан при наступлении определенных событий страховых случаев за счет денежных фондов формируемых из уплачиваемых ими страховых взносов страховых премий. К таким имущественным интересам относятся интересы связанные: с жизнью здоровьем трудоспособностью и пенсионным обеспечением страхователя или застрахованного лица личное страхование; с владением пользованием распоряжением имуществом имущественное страхование;...
33193. Рынок ценных бумаг и его роль в современной экономике. Виды рынков ценных бумаг и их функции 15.34 KB
  Виды рынков ценных бумаг и их функции.47 В общем виде рынок ценных бумаг можно определить как совокупность экономических отношений по поводу выпуска и обращения ценных бумаг между его участниками. Однако товары продаваемые на рынке ценных бумаг являются товаром особого рода поскольку ценные бумаги это лишь титул собственности документы дающие право на доход но не реальный капитал.
33194. Участники рынка ценных бумаг: эмитенты, инвесторы, фондовые посредники 12.95 KB
  48 Участники рынка ценных бумаг это физические лица или организации которые продают или покупают ценные бумаги или обслуживают их оборот и расчеты по ним; это те кто вступает между собой в определенные экономические отношения по поводу обращения ценных бумаг. Существуют следующие основные группы участников рынка ценных бумаг в зависимости от их функционального назначения: эмитенты; инвесторы; фондовые посредники; организации обслуживающие рынок ценных бумаг; государственные органы регулирование и контроля. Эмитент это...
33195. Медицинская классификация Л.В.Неймана 13.88 KB
  Важное значение для правильного понимания особенностей психического развития детей с нарушениями слуха для своевременной диагностики и организации их обучения и воспитания в частности для определения типа учреждения в котором должен учиться ребенок имеет классификация таких детей. Проблема дифференциации лиц имеющих нарушения слуха интересовала как врачей так и сурдопедагогов. В нашей стране наибольшее распространение получила медицинская классификация нарушений слуха у детей предложенная Л. Если нарушение слуха распространяется на...
33196. ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛУХИХ ДЕТЕЙ 14.42 KB
  Отсутствие речи влечет за собой различные отклонения психического развития. Словесноречевую систему глухого в основном формируют экспрессивные и импрессивные виды письменной речи. Потребность в общении реализуется с помощью предметов действий рисунков и жестовой речи. Наиболее трудной задачей учебновоспитательного процесса является формирование словесной речи и речевого мышления.
33197. Характеристика слабослышащих детей 14.71 KB
  Возникновение тугоухости после сформирования речи не ограничивает дальнейшего достаточно интенсивного ее развития не смотря на её недостатки: относительная бедность словарного запаса сочетается с неправильным усвоением и употреблением понятий. Характерные отклонения в устной речи отражаются и на письменной. На степень сохранности речи влияют время наступления глухоты условия развития и роста ребенка уровень остаточного слуха и качество работы по развитию речи ребенка. Без специального воспитания дети потерявшие слух в 45 лет к поступлению...
33198. ПРОБЛЕМА КОМПЕНСАЦИИ ГЛУХОТЫ 14.85 KB
  Компенсация – это возмещение недоразвитых или нарушенных психических функций путем использования сохранных или перестройки частично нарушенных функций. При компенсации психических функций возможно вовлечение в ее реализацию новых структур которые раньше не участвовали в осуществлении данных функций или выполняли при этом другую роль. Второй тип межсистемная компенсация которая осуществляется путем перестройки функциональных систем и включения в работу новых элементов из других структур выполнения ими несвойственных ранее функций....
33199. Закономерности психического развития детей с нарушением слуха 14.53 KB
  Общие закономерности: Закономерность соотношения биологических и социальных факторов в процессе психического развития ребенка. Процесс перехода от одной стадии психического развития к другой предполагает глубокое преобразование всех структурных компонентов психики. Неравномерность психического развития.