Определение коэффициента усиления усилителя и построение амплитудной характеристики усилительного каскада.

а) С использованием пакета EWB смоделируйте схему усилительного каскада на биполярном транзисторе (рис. 2.3).

Назначение элементов схемы следующее:

R1 – резистора нагрузки;

R3, R4, R5 – делитель, устанавливающий базовое смещение (рабочую точку) транзистора;

R7 – отрицательная обратная связь по постоянному току (для стабилизации режима работы каскада);

С1, С3 – развязывающие конденсаторы (разделяют каскады усиления по постоянному току);

С5 – шунтирует отрицательную обратную связь по постоянному току (R5, R7) по переменному току, для исключения потерь усиления входного сигнала;

R6 – имитирует входное сопротивление последующего каскада;

С4 – конденсатор, имитирующий емкостную нагрузку каскада;

С2, R2 – фильтр питания.

Рис. 2.3

 

Установите первоначальные параметры элементов схемы:

R1 = 5,1 кОм; С1 = 10нФ;

R2 = 1,8 кОм; С2 = 30 мкФ;

R3 = 68 кОм; С3 = 0,25 мкФ;

R4 = 33 кОм; С4 = 1,5 нФ;

R5 = 12 кОм; С5 = 30 мкФ;

R6 = 39 кОм;

R7 = 1 кОм; Ек = 15 В.

Марка транзистора указывается преподавателем.

 

б) Подключить функциональный генератор ко входу схемы. С помощью панели генератора установить синусоидальную форму сигнала. Общий вывод генератора Common необходимо заземлить, а положительный вывод (+), обеспечивающий форму сигнала в положительном направлении от нейтрального общего вывода подключить ко входу схемы как указано на рис. 3.1. Установить первоначальные параметры генератора:

- частота (frequency) – 10 кГц;

- длительность (duty circle) – 50%;

- амплитуда (amplitude) – 0,1 В;

- смещение (offset) – 0.

К выходу схемы подключить осциллограф. Клемма Ground обязательно заземляется. Выходной сигнал подается на один из входов осциллографа (канал А (channel A) или канал В (channel B)). Необходимо также установить начальные параметры осциллографа:

- частота развертки (time base) – 0,05 ms/div;

- амплитуда – 1 V/div;

- «открытый» вход (кнопка АС).

Изменяя входное напряжение каскада от 0,1 до 1В, заполнить таблицу 1. Затем изменить значение резистора R1 = 15 кОм, и аналогично изменяя входное напряжение от 0,1 до 1В заполнить ту же таблицу. По полученным значениям построить графики зависимостей Uвых от Uвх (амплитудную характеристику, см. рис. 1). Определить коэффициент усиления каскада по напряжению (см. формулу 1).

Таблица 1

Uвх, В	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Uвых, В
Ku
Uвых, В
Ku

Оценка нелинейных искажений при изменении коллекторного сопротивления и определение динамического диапазона усилителя.

По амплитудным характеристикам (см. рис. 1) оценить нелинейные искажения и определить динамический диапазон усилителя (см. формулу 10) при различных значениях R_К. Сделать выводы.

Построение амплитудно-частотных характеристик и оценка линейных искажений при изменении значений реактивных элементов каскада.

Для этого подключить Боде-плоттер как указано на рис. 1.4, настроить его для снятия АЧХ (см. рис. 2 теоретического введения):

- установите: magnitude (амплитуда);

- по вертикальной и горизонтальной оси установите логарифмическую шкалу нажатием кнопки LOG.

- установите начальное и конечное значения для вертикальной оси графопостроителя:

- F (final (конечное значение)) +40 dB;

- I (initial (начальное значение)) –40dB;

Горизонтальная ось графопостроителя всегда показывает частоту. Установите начальную и конечные точки на этой оси:

- F (final (конечная частота)) 20 кГц;

- I (initial (начальная частота)) 20 Гц.

а) Снять амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) при четырех возможных сочетаниях значений С1 и С4 и зарисовать их в отчет.

1) С1 = 10 нФ; С4 = 1,5 нФ

2) С1 = 10 нФ; С4 = 10 нФ

3) С1 = 10 мкФ; С4 = 10 нФ

4) С1 = 10 мкФ; С4 = 1,5 нФ

б) По полученным характеристикам оценить линейные искажения, мерой которых служит коэффициент частотных искажений (М) (см. формулы 11-13). Проанализировать полученные результаты экспериментов и сделать выводы.

 

Лабораторная работа №3

«Исследование усилительного каскада по схеме с общим эмиттером с использованием лабораторного стенда»

1. Собрать схему генератора синусоидальных колебаний рис. 3.1 (см. стр. 7, рис. 5).

Рис. 3.1

2. Подключить осциллограф к выходу генератора (R48а) и с помощью резисторов R45 и R48 добиться устойчивого синусоидального сигнала на выходе генератора. С помощью резистора R48а выставить амплитуду сигнала равную 1 В. А с помощью резистора R49 установить частоту сигнала равную 1кГц Зарисовать полученную осциллограмму.

3. Собрать схему усилителя рис. 3.2 (см. стр. 6, рис. 3) без шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера. Установит ручки переменных резисторов R23 и R24 в среднее положение (перемычку П не соединять).

Рис. 3.2

 

4. Подключить вход осциллографа в точку 2. Включить стенд. Изме­рить с помощью осциллографа амплитуду выходного сигнала Uвых и зарисовать ее осциллограмму.

5. Рассчитать коэффициент усиления каскада по напряжению, току и мощности.

6. Исследовать влияние сопротивление делителя на выходной сигнал. Для этого установить R24 в среднее положение, резистор R23 - в положение: минимальное (крайнее левое), среднее и максимальное (крайнее правое) значения. Изменяя величину сопротивления R23 (вращая ручку R23 в сторону крайнего левого положения) по осциллографу определить момент появления в выходном сигнале нелиней­ных искажений и зарисовать осциллограмму этого напряжения. Определить амплитуды выходного напряжения при различных значениях R23 и рассчитать коэффициенты усиления для этого режима.

7. Исследовать влияние сопротивление Rэ на выходной сигнал. Установить R23 в среднее положение, резистор R24 – крайнее левое, среднее и крайнее правое положения. При каждом положении Rэ необходимо записать амплитудные значения выходного сигнала и рассчитать коэффициент усиления.

8. Выключить стенд.

9. Исследовать влияние амплитуды входного сигнала на выход. Установить R23 и R24 в среднее положение. Изменяя амплитуду входного сигнала Uвх (резистор R48а) от 0 до Umax (порядка 10 значений) построить амплитудную характеристику усилителя. Определить Uвых max в момент появления существенных нелинейных искажений. Оценить уровень этих искажений.

10. Исследовать влияние С40 на Ku усилителя. Для этого соединить перемычку П. Установить амплитуды входного сигнала 1 В и измерить Uвых. Определить коэффициент усиления схемы.

11. Сделать выводы по полученным результатам экспериментов.

Лабораторная работа №4

«Исследование усилительного каскада по схеме с общим коллектором с использованием лабораторного стенда «Электроника»

 

Цель работы

Исследование характеристик и параметров усилительного каска­да на биполярном транзисторе по схеме с общим коллекто­ром.

Теоретическое введение