Файл: Н.А. Резниченко Исследование усилителей постоянного тока.pdf

8

9

режимов работы УПТ, сборки различных схем, регулировочные резисторы для балансировки, контрольные гнезда для подключения приборов и осциллографа с целью визуального наблюдения за характером изменения сигналов.

Первый каскад на транзисторах VT1 и VT2 является симметричным параллельно − балансным УПТ, второй (на транзисторах VT3, VT4) − несимметричным. Третий каскад выполнен на транзисторе VT5.

Одной из важных характеристик дифференциального усилителя является амплитудная характеристика, представляющая зависимость

Uвых = f(Uвх) (рис.5). Для первого каскада УПТ (см. рис.4) при подключении к точке 1 положительного полюса источника входного сигнала, а

к базе VT2 − отрицательного, ток будет проходить по цепи: точка 1, база − эмиттер VT1, R1, эмиттер − база VT2. Этим током транзистор VT1 будет закрываться и отрицательное напряжение на его коллекторе начнет расти, а транзистор VT2 будет открываться и отрицательное напряжение на его коллекторе будет уменьшаться. Следовательно, вольтметр для измерения выходного напряжения при данной полярности входного напряжения следует подключить плюсом к точке 3, а минусом − к

точке 2.

При некотором входном сигнале транзистор VT1 начнет закрываться, а транзистор VT2 окажется в режиме насыщения, т.е. прекратится воздействие входного сигнала на каскад УПТ. Этому состоянию каскада соответствуют

напряжения +Uвых.max и

−Uвых.max (см. рис.5),

ограничивающие линейный участок амплитудной характеристики, в

пределах которого коэффициент усиления напряжения постоянен, т.е.

10

Ku = Uвых.max / Uвх.max .

Особенностью схемы дифференциального каскада УПТ является отсутствие внутрикаскадной ООС при включении в общую эмиттер-

ную цепь резистора Rэ1, сопротивление которого определяется только

напряжением источника питания Eп1.

Рассмотренные принципы построения усилительных каскадов широко используются при проектировании интегральных микросхем аналогичного назначения или микросхем, в которых усилители являются лишь одним из функциональных узлов среди узлов другого назначения. Усилители в интегральном исполнении отличаются от усилителей, выполненных на дискретных элементах, только методами изготовления отдельных компонентов схем и технологией изготовления законченных функциональных узлов. В большинстве случаев принципиальные схемы дифференциальных усилителей выглядят значительно сложнее своих дискретных аналогов. Это объясняется тем, что если для незначительного улучшения каких − либо параметров усилителя требуется ввести один или несколько дополнительных транзисторов, их вводят, так как стоимость изготовления от этого существенно не изменится.

Таким образом, интегральный усилитель представляет собой законченный функциональный блок, изготовленный в одном корпусе, имеющий параметры, заданные в технических условиях, в принципиальную схему которого нельзя внести никаких изменений, не предусмотренных при его проектировании. При подключении требуемых напряжений питания и выполнении необходимых соединений такой законченный функциональный блок имеет параметры, указанные в отраслевых стандартах на применение данного усилителя.

При использовании интегральных микросхем отпадает необходимость в расчете, сборке и настройке отдельных каскадов. В этом случае на первый план выдвигаются вопросы согласования отдельных микросхем, введения цепей ОС, обеспечивающих получение необходимых параметров, обеспечения устойчивости всей системы, охваченной цепями ОС.

Интегральная электроника позволяет существенно улучшить качество и надежность электронных усилителей путем обеспечения при их проектировании большого запаса параметров, так называемой функциональной избыточности. Такие усилители приобретают харак-

11

тер многоцелевых устройств, так как, изменяя коммутацию внешних выводов, а также способы подключения источника сигналов и нагрузки, можно получить усилители с различными характеристиками.

В настоящее время техника усиления электрических сигналов базируется на интегральной электронике. Учитывая, что реактивные элементы трудны в интегральной реализации, подавляющее большинство усилителей различного назначения выполняют на основе УПТ с непосредственной связью. По такому принципу, в частности, создают усилители звуковых частот, усилители высокой частоты, широкополосные и линейные импульсные устройства, избирательные усилители. Поскольку усилители в интегральном исполнении не являются идеально линейными, на их основе могут быть построены различного рода автогенераторные устройства, преобразователи частоты, детекторы и другие нелинейные устройства. В связи с этим интегральные усилители часто называют аналоговыми схемами.

На переносном стенде (см. рис.4) смонтирован операционный усилитель ДА на базе микросхемы КР544Д1А (К − микросхема широкого применения; Р − пластмассовый корпус; 544 − серия; 5 − полупроводниковая; 44 − порядковый номер разработки серии микросхем; Д1 − функциональное назначение микросхемы; А − порядковый номер микросхемы в данной серии).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Подготовить измерительные устройства (электронный вольтметр, осциллограф) к работе.

2.Включить в сеть переносной стенд ЭС15 “Исследование УПТ”.

А. Исследование многокаскадного УПТ на биполярных транзисторах

3.Перед началом работы схема переносного стенда должна быть сбалансирована, для чего необходимо:

переключатели S1, S2, S3 установить в положение 2; переключателем S4 отключить нагрузку;

установить движки потенциометров R1, R2 в средние положения; подключить к гнездам 2 и 3 схемы вольтметр;

12

сбалансировать первый каскад УПТ потенциометрами Rс2, R1

(напряжение источника питания Eп1 подбирают так, чтобы потенциалы эмиттеров VT1 и VT2 были близки к нулю (вольтметр подключается к гнездам 2 − 4 и 3 − 5), транзисторы находились в ак-

тивном режиме, напряжение Eп1 распределялось поровну между промежутками коллектор − эмиттер транзисторов (вольтметр подключается к гнездам 2 − 4 и 3 − 5)); балансировку проводят до установки нулевого напряжения на выходе каскада (гнезда 2 − 3).

4.Сбалансировать второй каскад УПТ.

5.Снять амплитудные характеристики каскадов УПТ, для чего переключатели S1 и S3 установить в положение 1, S4 − отключить. Данные занести в табл. 1.

Таблица 1

6.Переключателем S4 включить нагрузку Rн1, установить заданное

преподавателем значение Uвх УПТ и, изменяя Rн1, записать данные в табл. 2

7.Измерить режимы транзисторов по постоянному току, результаты измерений занести в табл. 3.

Таблица 3

Измерено, В

Еп1, В

Напряжения

транзисторов, Uб Uк Uэ Uб Uк Uэ Uб Uк Uэ

В

VT1

ТранVT2 зистоVT3 ры VT4

VT5

Б. Исследование УПТ в интегральном исполнении

8.Включить усилитель в интегральном исполнении, для чего переключатели S1 установить в положение 2, а S2 − в положение 1.

9.Установить напряжение питания Еп2, S5 − отключить, снять амплитудную характеристику ОУ, данные занести в табл.1.

10.Переключателем S5 включить нагрузку Rн2, установить заданное Uвх ОУ и, изменяя Rн2, записать данные измерений в табл.2.

14

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1)принципиальные электрические схемы многокаскадных УПТ на биполярных транзисторах и в виде интегральной микросхемы (см.

рис.4);

2)построенные амплитудные характеристики каскадов УПТ, многокаскадного УПТ (табл.1) и УПТ в интегральном исполнении;

3)вычисленные коэффициенты усиления напряжения каскадов усилителя постоянного тока, многокаскадного УПТ на биполярных транзисторах и УПТ в интегральном исполнении;

4)анализ влияния режимов транзисторов по постоянному току на работу УПТ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. 1. При выполнении работы используют:

Rк1=Rк2=8,2 кОм; Rк3=Rк4=2,7 кОм; Rк5=4,7 кОм; Rс1=Rс2=1 кОм; R1=100 Ом; R2=680 Ом; Rэ1=Rэ2=2,7 кОм; Rэ3=2,2 кОм; Rсв=10 кОм

(переменный); Rн1=Rн2=10 кОм (переменные); VT1, VT2, VT3 − транзисторы МП265; VT4, VT5 − транзисторы МП-26А; ДА − операционный усилитель КР544Д1А; Rвх=5,1 кОм; Rос=5,1 МОм; Еп1=15 В (переменный); Еп2=13 В (переменный); Uвх=51 мВ (переменное).

2.Значения Еп1 и Еп2 определяются по вольтметру с помощью переключателя S6.

3.Напряжения в исследуемых точках схемы измеряют, подключая электронный вольтметр к соответствующим контрольным гнездам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы особенности схем УПТ?

2.Что такое дифференциальный усилитель?

3.Что такое дрейф нуля?

4.Каковы причины и способы уменьшения дрейфа нуля?

5.Что такое балансировка УПТ и как она осуществляется?

6.Принцип работы дифференциального усилителя.

7.Объясните назначение элементов УПТ.