послідовного ВЗЗ за напругою. Режим транзистора за постійним струмом обраний з такою умовою, що ВЗЗ за струмом, що має місце на R3, практично не впливає на режим. Для зміни глибини ВЗЗ служить перемикач S1.

Каскади VT2 -VT4, виконані відповідно за схемами СК, СБ, СЕ, і працюють в однакових режимах, але різне включення транзисторів визначає різні їх властивості.

R26

470 Ом

­Рисунок 2.13 - Подільник

Каскад на VT2 - емiтерний повторювач, його високий вхідний опір узгоджується з опором першого малострумового каскаду, а низький вихідний опір - з низьким вхідним опором третього каскаду на VT3, зібраного за схемою СБ.

Четвертий каскад на транзисторі VT4, виконаний за схемою СЕ, і дозволяє досліджувати два види ВЗЗ - паралельний за напругою (перемикач S5 ) та послідовний за струмом ( перемикач S6 ).

Для зменшення загального коефіцієнта підсилення використовується опір R11.

Перемикачі S2 - S4 дозволяють здійснити незалежне дослідження окремих каскадів.

Для зняття АЧХ всього підсилювача перемикачі S2 - S4 повинні бути ввімкнені.

Живлення макета здійснюється від джерела з напругою + 20 В.

Домашнє завдання

1. Вивчити теоретичні положення та лекційний матеріал з даної теми.

2. Ознайомитись зі схемою лабораторного макету i системою комутації ланок макету.

3. Виявити вплив ВЗЗ різних типів на якісні показники АЕП.

4. Розробити методику експериментального дослідження впливу ВЗЗ на основні параметри та характеристики АЕП.

5. Ознайомитись з приладами та обладнанням, необхідним для проведення досліджень.

6. Розробити методику досліджень основних параметрів пристроїв з різними схемами включення транзистора.

Програма експериментальних досліджень

1. Підключити макет i впевнитись в його працездатності (перемикачi S2 - S4 ввімкнені).

2. Дослідити АЧХ підсилювача:

а) без ВЗЗ;

б) при наявності ВЗЗ, послідовного за напругою;

в) при наявності ВЗЗ, паралельного за напругою;

г) при наявності ВЗЗ, послідовного за струмом.

Орієнтовний діапазон дослiджувальних частот 20 Гц - 200 кГц, вхідна напруга Uвх = 20-50мВ.

Діапазон робочих частот та рівень вхідного сигналу можуть бути змінені з метою оптимізації процесу дослідження.

3. Розрахувати частотні спотворення на частотах 50 Гц та 200 кГц для всiх знятих АЧХ, визначити смугу пропускання підсилювача на рівні 3 дБ, без ВЗЗ i при наявності різного типу ВЗЗ.

4. Виміряти коефіцієнт нелінійних спотворень підсилювача без ВЗЗ та при наявності ВЗЗ, послідовного за струмом, паралельного та послідовного за напругою, на частоті 1 кГц (глибина ВЗЗ максимальна). Рівень вхідного сигналу підібрати.

5. Визначити фазові спотворення підсилювача без ВЗЗ i при наявності всіх видів ВЗЗ на частоті 100 Гц (глибина ВЗЗ максимальна).

6. Визначити коефіцієнт передачі по напрузі, вхідний та вихідний опір емітерного повторювача на транзисторі VT2. Частота вхідного сигналу Fвх = 1 кГц.

7. Визначити коефіцієнт передачі по напрузі, вхідний та вихідний опір каскаду з спільною базою на транзисторі VT3. Частота вхідного сигналу Fвх = 1 кГц.

8. Визначити коефіцієнт передачі по напрузі, вхідний та вихідний опір каскаду з спільним емітером СЕ на транзисторі VT4 без ВЗЗ i у випадку дії ВЗЗ, паралельної i послідовної по напрузі.

Досліджувальна та вимірювальна апаратура

1. Лабораторний стенд.

2. Джерело живлення.

3. Генератор сигналів низькочастотний Г3-102

4. Вимірювач нелінійних спотворень С6-5 або С6-7.

5. Мілівольтметр В3-38 або В3-39, В3-40.

6. Осцилограф С1-67 або С1-86.

7. Фазометр Ф2 - 28.

Короткі методичні вказівки до вимірів

та представлення їх результатів

1. Нелiнiйнi спотворення необхідно вимірювати при декількох значеннях вхідної напруги сигналу, спостерігаючи при цьому за формою сигналу на вході i виході схеми за допомогою осцилографа.

2. Для визначення вхідного опору підсилювального каскаду збирається схема рис.2.13. Подаючи з генератора необхідну вхідну напругу, частотою F =1 кГц, за допомогою змінного резистора Rпот забезпечити на вході досліджуваного каскаду Uвх = Uген, режим короткого замикання. Оскільки для вказаної схеми.

U_вх = U_ген ,

При виконанні умови Rвх = Rпот на вході досліджуваного каскаду буде забезпечена вхідна напруга

Uвх = Uген /2.

Визначивши, за допомогою вимірювача опору, встановлене значення опору змінного резистора R_ПОТ, є можливість визначити вхідний опір каскаду, Rвх = R_ПОТ .

Резистор 470 Ом використовується для визначення вхідного опору каскадів з СБ; 4,7 кОм та 47 кОм - для визначення Rвх каскадів СК та СЕ, а також при наявності паралельного та послідовного ВЗЗ.

3. З метою уникнення похибки при вимірах, через близьке до одиниці значення коефіцієнта передачі, коефіцієнт передачі ЕП по напрузі необхідно вимірювати за допомогою одного вольтметра, підключеного на вхідні або вихідні клеми.

4. При визначені вихідного опору різних схем підсилювальних каскадів використовується схема рис.2.15. Подаючи на вхід підсилювача сигнал, при відключеному опорі потенціометра фіксують значення вихідної напруги. Потім паралельно вихідним клемам під’єднують змінний резистор i встановлюють, змінюючи положення його повзуна, напругу Uвих /2. В цьому випадку Rвих = Rпот.

Для визначення вихідного опору повторювачiв використовують змінний резистор 470 Ом, для інших схем - 4,7 кОм.

5. При визначенні коефіцієнтів підсилення каскадів СК так СБ вхідні напруги вимірювати безпосередньо на входах каскадів, оскільки має місце падіння напруги на резисторі R11.

6. При визначенні коефіцієнтів підсилення каскадів СК та СБ вхідні напруги вимірювати безпосередньо на входах каскадів, оскільки має місце падіння напруги на резисторі R11.

7. Частотні спотворення i смугу пропускання підсилювача необхідно визначати з АЧХ.

Рисунок 2.14 – Визначення вхідного опору

Рисунок 2.15 – Визначення вихідного опору

Оформлення звіту

Оформлення звіту необхідно виконати згідно вимог викладених у вступній частині даного посібника.

Контрольні запитання

1. Пояснити призначення вiд’ємного зворотного зв’язку в АЕП.

2. Як впливає введення ВЗЗ різного виду на коефіцієнти підсилення, частотні, нелiнiйнi та фазові спотворення?

3. Як змінюється вхідний опір АЕП за рахунок дії послідовного або паралельного ВЗЗ?

4. Як впливає на вихідний опір АЕП введення ВЗЗ за струмом або за напругою?

5. Які властивості емітерного повторювача?

6. Яке призначення емiтерного повторювача?

7. Які вiдмiнностi параметрів емiтерного повторювача та витiкового повторювача?

8. Які властивості підсилювача з спільною базою?

9. При яких умовах виникає самозбудження підсилювача?

10. Як змінюються частотні характеристики підсилювача при різних видах ВЗЗ, введенні в коло ВЗЗ частотнозалежних елементів?

11. При якому ВЗЗ, за струмом або за напругою, більше зміна напруги на виході при зміні навантаження?

12. Як зміниться вхідний опір пристрою при збільшенні опору джерела сигналу?

Лабораторна робота №3

ДОСЛІДЖЕННЯ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНОГО КАСКАДУ З ГЕНЕРАТОРОМ СТАБІЛЬНОГО СТРУМУ

Мета роботи – вивчити принципи функціонування та експериментально дослідити параметри диференціального каскаду і генератора ста­більного струму.

Короткі теоретичні відомості

Диференціальний каскад (ДК) призначений для підсилення різ­ниці сигналів, що прикладені до його входів, він складається з двох плечей - транзисторів VT1 та VT2 з навантаженням R­_H1 та R­_H2 (рис.3.1).

Резистори R­_H1, R­_H2 та транзистори VT1 та VT2 утворюють мостову схему, до вертикальної діагоналі якої під’єднано джерело живлення, а горизонтальна діагональ утворює вихід. У режимі спокою, якщо U_вх.1=U_вх.2, при повній симетрії пле­чей, тобто балансу мосту, потенціали колекторів VT1 і VT2 однакові й вихідна напруга дорівнює нулю

U_вих = U_вих.1 – U_вих.2 = 0.

Рисунок 3.1 – Диференціальний каскад

ДК має високу стабільність. Так, наприклад, при зміні напру­ги джерела живлення чи зміні температури, у випадку симетрії схеми, потенціали колекторів отримують рівний приріст напруги.

Вихідна напруга у цьому випадку не змінюється, оскільки при­ріст напруги

∆U_вих = ∆U_вих.1 – ∆U_вих.2 = 0.

Реальна схема ДК завжди має деяку асимет­рію плечей, тому має місце зміна вихідної напруги, тобто ∆_вих≠0, але на­багато менша від аналогіч­ної нестабільності звичай­ного каскаду.

Існує кілька схем ввімкнення ДК. Перша - вхід­ний сигнал прикладається до баз VT1 та VT2. Така схема називається схемою із симетричним входом. Друга - вхідний сигнал прикладається до бази одного з тран­зисторів, потенціал бази другого транзистора фіксу­ється - несиметричний вхід. Вихідний сигнал також може зніматися чи з колекторів VT1 та VT2, чи з одного з колекторів відносно загальної точки схеми, утворюючи таким чином симетричний чи несиметричний вихід (рис. 3. 2).

У свою чергу, для схеми „симет­ричний вхід” вхідний сигнал може прокладатись двома способами - дво­фазним чи синфазним. Якщо ввімкнення двофазне ω₀, на обидва входи схеми пода­ються протифазні сигнали

що зумовлює зниження струму на одно­м з транзисторів і зростання на другому. Зміна колекторних струмів при­зводить до зміни потенціалів колекто­рів, внаслідок чого при повній си­метрії схеми маємо:

Рисунок 3.2 – Еквівалентна схема ввімкнення ДК

,

.

Якщо обидва плеча ДК симетричні, то через резистор R_e протікають струми однакової амплітуди, але протифазні. Такі струми взаємно компенсуються і не створюють напруги на резисторі R_e. За таких умов обидва плеча схеми стають незалежними.

Якщо вхідний сигнал подається тільки на одну з баз, тобто має місце несиметричний вхід, то в разі фіксованого потенціалу дру­гої бази вихідна напруга за модулем буде така сама, як і в поперед­ньому випадку. Так, якщо до бази VT1 прикладено сигнал –U_вх, то транзистор відкривається, збільшуються його колекторний та емітерний струми, що зменшує потенціал колектора VT1 і збільшує потенціал емітерів VT1 і VT2 .

Це у свою чергу викликає зміни напруг і

,

.

За такої зміни потенціалів робоча точка транзистора VT2 змі­щується у напрямі напруги відсікання, тобто протилежному зміщенню VT1. При досить великих значеннях R_e можна вважати, що

що зумовлює

Аналіз отриманих виразів показує, що у схемі з несиметричним і симетричним входами напруги будуть рівними.

Залежно від схеми прикладання вхідної напруги та її зміщення розрізняють плечові і диференціальні коефіцієнти підсилення. Плечові коефіцієнти підсилення дорівнюють:

=Y_21e(1)

=Y_21e(2)

Диференціальний коефіцієнт підсилення каскаду незалежно від способу подання вхідного сигналу буде визначаться як

=Y_21eR_н

Вказані виразі наведені для ДК підсилювача постійного струму.

Для випадку повної симетрії схеми, виходячи з того, що , а і

можна показати, що

Якщо до входів ДК прикладено синфазний сигнал, то він характеризується коефіцієнтом підсилення (передачі) синфазного сигналу

≈

Показником, що об’єднує К_Д та К_сф, є коефіцієнт послаблення синфазного сигналу

Цей показник характеризує симетрію схеми. Симетрія схеми залежить від значення опору R_e для змінного струму. Якщо утворити на вході 1 деякий приріст напруги , а потенціал входу 2 від­носно спільної точки лишити без зміни, то цей приріст викличе приріст емітерного струму транзистора . Але тільки якщо , отримаємо і можна вважати, що відгалуженням частини струму до опору можна знехтувати, тобто має місце повна симетрія схеми.

При дії на вході ДК різницевого сигналу та забезпеченні повної симетрії схеми, струми транзисторів VT1 і VT2 через емітерний опір рівні й протилежні за фазою. Тому при підсиленні різницевого сиг­налу на опорі R_e немає змінної напруги, тобто можна вважати, що опір R_e
відсутній.

Коефіцієнт підсилення різницевого сигналу одного плеча схеми, тобто плечовий визначається як

.

Коефіцієнт з’явився тому, що на вході 1 ДК діє лише половина різницевого сигналу між двома входами.

Загальний коефіцієнт передачі різницевого сигналу двома плечи­ма ДК визначається як

Рисунок 3.3 – Еквівалентна схема ДК для синфазного сигналу

Еквівалентну схему ДК для синфазного сигналу можна розглядати як схему з резистором 2R_e у колі зворотного зв’язку (рис.5.3), тому коефіцієнт передачі синфазного сиг­налу одним плечем схеми

Цей вираз може використовуватись для визначення опору R_e.

Вхідний опір ДК підсилювача постійного струму при несиметричному вході буде дорівнювати

R_вх = h_11е + (1 + h_21е)R’_e,

де R’_e = R_e || h_11б

ДК може використовуватись як фазоінверторний каскад, для цього необхідно закоро­тити за змінним струмом вхід 2, лишивши на ньому тільки напругу зміщення. У цьому випад­ку одна половина напруги на вході 1 створю­ється між базою та емітером першого транзис­тора, а друга - між емітером i спільною точ­кою. Таким чином, змінні напруги U_бе першого та другого транзисторів рівні, але про­тилежні за фазою, відповідно і змінні напруги на колекторах цих тран­зисторів рівні й протилежні за фазою.