Лабораторная работа Исследование усилителя синусоидальных сигналов

Цель работы: Построение и изучение свойств усилителя синусоидальных сигналов. Изучение работы осциллографа.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое усилители? Каково их назначение?
2. Как классифицируются усилители?
3. Что такое усилительный каскад?
4. Поясните принципы построения усилительного каскада.
5. Нарисуйте основные схемы усилителей.
6. Как производится расчет элементов усилительного каскада? Какие данные для этого необходимы.
7. Используя характеристики транзистора, построенные при выполнении лабораторной работы №3, рассчитайте усилитель с эмиттерной термостабилизацией, если напряжение питания ЕК=25 В, а IК.max=100 мА.
8. Расскажите о принципах построения многокаскадных усилителей?
9. Назовите режимы работы усилителей. Поясните их особенности. В каких случаях они используются?
10. Опишите назначение элементов различных схем усилителей.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему исследования усилителя с эмиттерной термостабилизацией, изображенную на рисунке 23.

Рисунок 23 – Схема для исследования усилителя с эмиттерной термостабилизацией

2. Используя результаты расчетов, произведенных при подготовке к работе, установить значения сопротивлений резисторов. Установить сопротивление нагрузки 10 кОм.
3. Установить на генераторе G1 напряжение входного сигнала (определяется при расчете усилителя) с частотой 3 кГц. Установить напряжение G2 равное ЕК.
4. Установить мультиметр на измерение переменного напряжения.
5. Включить схему.
6. Развернуть и настроить осциллограф изменяя чувствительность и длительность развертки. На экране можно наблюдать выходной сигнал (рисунок 24)
7. Изменяя входное напряжение (увеличить и уменьшить в 2 раза), наблюдать изменение формы выходного сигнала. Пояснить причины возникновения искажений

Рисунок 24 – Входной сигнал усилителя

8. Установить максимальное входное напряжение, при котором сигнал имеет синусоидальную форму.
9. Используя показания мультиметра определить коэффициент усиления усилителя. Сравнить его с расчетным.
10. Снять АЧХ усилителя в диапазоне от 1 Гц до 20 кГц.
11. Удалить конденсатор С2.
12. Повторно снять АЧХ усилителя. Сравнить полученные результаты. Обратить внимание на изменение напряжения выходного сигнала.
13. Сделать вывод.

Ответы

1)Усилитель — элемент системы управления (или регистрации и контроля), предназначенный для усиления входного сигнала до уровня, достаточного для срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов), за счёт энергии вспомогательного источника, или за счёт уменьшения других характеристик входного сигнала (под термином «сигнал» здесь и далее понимается любое явление (или процесс), характеристики которого необходимо увеличить)

· 2) Активный усилитель — усиление сигнала осуществляется за счёт энергии внешнего источника: в сервоприводах (как то: гидро-, электро-, пневмоусилители) усиливается исходное механическое движение (как правило, оператора), за счёт внешней энергии. В электрических усилителях увеличивается амплитуда исходного сигнала (по напряжению и силе тока), в фотоумножителях — усиливается интенсивность исходного светового потока. В активных усилителях часто используется обратная связь: положительная — для повышения чувствительности, и отрицательная — для улучшения точности/стабильности.

· Пассивный усилитель — усиление одной (необходимой) характеристики сигнала осуществляется за счёт уменьшения других характеристик: например, домкрат (а также тисы, ручная таль, рычаг) является усилителем — движения (силы) руки — за счёт скорости (эта характеристика сигнала уменьшается). Мухобойка, теннисная ракетка — для сравнения — являются усилителями скорости (за счёт уменьшения силы и/или времени воздействия).

· Резонаторы и экраны — виды пассивных усилителей, применяемых для усиления периодических (гармонических) колебаний в приёмниках и передатчиках звуковых и радиоволн (происходит усиление рабочей полосы в выбранном направлении за счёт уменьшения общей полосы и других направлений приёма/излучения).

· Зеркала и линзы — аналогично предыдущему, для оптики, происходит усиление для выбранного участка (угла) наблюдения/освещения, в ущерб остальным (участкам, углам). Сюда относятся все оптические системы от лупы до телескопа.

· Системы с накоплением энергии — виды пассивных усилителей, в которых большую часть времени происходит только накопление энергии сигнала (подаваемой относительно равномерно), и меньшую часть времени (чаще — импульсно) — отдачу накопленного и усиленного сигнала на выходе: молоток, преодоление крутой горки автомобилем «с разгона», система зажигания (катушка зажигания) бензиновых двигателей, рубиновые лазеры, гидротаранный насос.

3) Усилительный каскад с общей базой (ОБ) — одна из трёх типовых схем построения электронных усилителей на основебиполярного транзистора. Характеризуется отсутствием усиления по току (коэффициент передачи близок к единице, но меньше единицы), высоким коэффициентом усиления по напряжению и умеренным (по сравнению со схемой с общим эмиттером) коэффициентом усиления по мощности. Входной сигнал подаётся на эмиттер, а выходной снимается с коллектора. При этом входное сопротивление очень мало, а выходное — велико. Фазы входного и выходного сигнала совпадают.

4) Сквозным коэф-ом усиления усилителя наз. отношение вых. напряжения усилителя к ЭДС ист-ка сигнала. Kскв=Uвых/Eс.

С точки зрения стабильности параметров – схемы с ОБ и ОК стабильнее, чем ОЭ. С точки зрения вх. и вых. параметров (за единицу возьмем схему с ОЭ) – схема с ОБ имеет меньшее вх. и большее вых., схема ОК меньшее вых. и большее вх.

Схема с общим эмиттером. В данной схеме R1 и R2 — делитель напряжения, задает напряжение U_БЭ. R_К является нагрузочным сопротивлением. Цепь R_ЭС_Эслужит для термостабилизации режима работы. Схема характеризуется высоким К_U, также происходит усиление тока и К мощности максимален. Кр=Кu*Ki; Ku>1; Ki>1. Rвх=h_11э=j_Т/I_Б; Кu=S*Rн=40Iэ*Rн.

Схема с общим коллектором. 1)характеризуется высоким R_ВХ; 2)большим К по току; 3)К по напряжению < 1; 4)Малое R_ВЫХ; 5)отсутствует фазовый сдвиг. Ki>1; Ku<1 (~1). Rвх=1/S=1/40*Iэ; Ku=S*Rн.

Схема с общей базой: 1)К по току <1; 2)малые нелинейные искажения; 3)низкое R_ВХ, высокое R_ВЫХ; 4)фазовый сдвиг отсутствует; 5)сравнительно невысокий К по мощности. Rвх=h_11э+Rн*(1+h_21э); Ku=Rн/(Rн+1/S)~~1

5) Основные схемы усилител

6)Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе явля-

ется характерным примером, охватывающем большое количество раз-

делов не только электроники, но и электротехники, среди которых

можно выделить следующие: цепи переменного тока, нелинейные це-

пи, четырёхполюсник, теорию обратных связей, полупроводники.

8) В аппаратуре редко применяют усилители с числом каскадов более трех-четырех. Как правило, первые один или два из них являются каскадами предварительного усиления, причем первый каскад согласует выходное сопротивление источника сигнала с входным сопротивлением усилителя. Промежуточный (предоконечный) каскад согласует высокое выходное сопротивление каскадов предварительного усиления с низким входным сопротивлением усилителя мощности. Кроме того, в необходимых случаях предоконечный каскад осуществляет фазовое расщепление сигнала, что позволяет строить бестрансформаторные схемы входных це
пей двухтактных усилителей мощности. Наконец, выходной (оконечный) каскад является усилителем мощности.

9)Современная классификация режимов работы усилителей достаточно запутана. Традиционно классы усилителей различались по положению рабочей точки на статических характеристиках усилительного прибора. Позднее добавили классификацию усилителей по режиму работы: ключевой и токовый режимы работы. Наиболее распространенная классификация усилителей приведена на рисунке. Электронный усилитель с двумя входами, выходной сигнал которого равен разности входных напряжений, умноженной на константу. Применяется в случаях, когда необходимо выделить небольшую разность напряжений на фоне значительной синфазной составляющей.

10)

Вывод: Я научился измерять усилители синусоидальных сигналов

Дата добавления: 2015-07-11