Файл: Лабник по схемотехнике.doc

При глубокой отрицательной ОС, когда F >> 1, из (6.13) следует, что K_U = 1 / K_oc и мало зависит от свойств исходного усилителя.

Напомним, что в выражениях (6.13), (6.15) и (6.17) знак перед членом K_U⁰ K_ОС соответствует отрицательной ОС. В случае последовательной положительной ОС u_ОС изменяет полярность напряжения ОС и перед членом K_U⁰ K_ОС знак изменится на противоположный. Мы рассмотрели действие обратных связей последовательного типа.

При использовании параллельной ОС (рис. 6.1, в) решение удобно искать, используя закон Σ i_ВХ = 0. Можно использовать схему замещения подобную рис. 6.1, б, однако удобнее использовать схему замещения рис. 6.1, г – она быстрее приведет к решению задачи. В случае параллельной ОС требование r_ВХ^ОС >> r_ВЫХ⁰ сохраняется, а требование r_ВЫХ^ОС << r_ВХ⁰ не обязательно. Читателю предлагается самому найти соотношения между основными параметрами усилителя с параллельной ОС и параметрами исходного усилителя и цепи ОС. Отметим, что величины K_U и r_ВЫХ качественно ведут себя так же, как и при последовательной ОС: уменьшаются при отрицательной ОС. Что касается входного сопротивления r_ВХ = u_ВХ/i_Г, то здесь возникает обратная картина: при использовании параллельной отрицательной ОС величина r_ВХ падает. Таким образом, характер зависимости величин K_U и r_ВЫХ определяется только знаком ОС, а значение r_ВХ зависит как от знака ОС, так и от способа подключения цепи ОС к входу усилителя.

В линейных усилителях с положительной ОС значение K_U⁰K_ОС всегда меньше 1. В случае K_U⁰K_ОС = 1 из (6.13) получаем K_U = = K_U⁰ / (1 + K_U⁰ K_ОС) ¥, что соответствует условиям возникновения в схеме колебаний, либо в случае усилителя постоянного тока (как в нашем случае) усилитель может превратиться в триггер. При этом говорят, что усилитель теряет устойчивость. В табл. 6.1 сведены основные формулы приближенного расчета усилителя с частотно-независимой отрицательной ОС.

Таблица 6.1

Методика измерении и лабораторный стенд

Схема лабораторного стенда соответствует рис. 6.2. В качестве источника входного сигнала используется звуковой генератор ГЗ-36. Входное сопротивление определяется как отношение входной ЭДС к току, величина которого измеряется по падению напряжения на сопротивлении R=10 кОм, включенном последовательно с генератором. Входное сопротивление дифференциального каскада r_ВХ >> 1 кОм.

Для определения коэффициентов передачи по напряжению как отдельных каскадов, так и усилителя в целом (с ОС и без ОС) предусмотрена возможность измерения высокоомным вольтметром переменных напряжений на входе и выходе усилителя и при необходимости на коллекторах транзисторов VT1 и VT2.

Выходное сопротивление измеряется при подключении генератора к выходу схемы через резистор 1 кОм, установленный вблизи эмиттерного повторителя. При этом по падению напряжения на сопротивлении резистора определяется ток i_ВЫХ', а напряжение u_ВЫХ измеряется непосредственно на выходе усилителя. Напоминаем, что во время этого измерения вход усилителя заземлен. При этом r_ВЫХ = u_ВЫХ / i_ВЫХ'.

Удобным способом определения знака обратной связи (положительная, отрицательная) на практике является нахождение контура обратной связи и рассмотрение прохождения фазы сигнала по этому контуру. Контур должен охватывать усилитель и цепь обратной связи. Движение по контуру необходимо осуществлять в направлении усиления сигнала в усилителе. Если заданная фаза сигнала при движении по контуру вернется в исходную точку с тем же знаком, то такая обратная связь является положительной, если вернется с обратным знаком, отрицательной.

При переключениях необходимо следить за положением тумблеров в базовых цепях транзисторов VT1, VT2 и VT3.

При всех измерениях на переменном токе к выходу усилителя необходимо подключить осциллограф для контроля формы выходного сигнала. Сигнал не должен иметь амплитудных искажений.

Параметры транзисторов и всех элементов схемы приведены на лабораторном стенде.

Элементы делителя цепи ОС задаются преподавателем.

Задание

1. В усилителе без ОС в отсутствии входного сигнала (j_Б1 = j_Б2 = 0) измерить вольтметром постоянного тока потенциалы коллекторов и эмиттеров транзисторов и ЭДС источников питания. Оценить пригодность усилителя для проведения экспериментов.

2. Подать сигнал на вход усилителя без обратных связей и, контролируя сигнал на выходе усилителя, добиться отсутствия существенных нелинейных искажений.

3. Провести измерение коэффициента усиления по напряжению всего усилителя K_U⁰, входного и выходного сопротивления усилителя r_ВХ⁰ и r_ВЫХ⁰.

4. Собрать схемы усилителя с последовательной и (или) параллельной отрицательной ОС. Повторить измерения п. 3 для усилителей с ОС.

5. Используя значение параметров, полученных в п. 3, и параметров элементов ОС, вычислить ожидаемые величины K_U, r_ВХ и r_ВЫХ для усилителя с обратными связями. Сравнить расчетные результаты с экспериментальными, полученными в п. 4.

Задания, выполняемые по указанию преподавателя

6. На основании измерений п. 1 определить величины постоянных токов, протекающих через транзисторы, и используя значения параметров транзисторов и элементов схемы, приведенные на стенде, вычислить K_U⁰, r_ВХ⁰, r_ВЫХ⁰. Сравнить с результатами, полученными в п. 3.

7. Используя указания п. 2, провести измерение переменных потенциалов на базе V1, на коллекторах VT1 и VT2, на эмиттере VT3, на базе VT4 и на выходе усилителя. По данным измерений определить коэффициенты передачи напряжения дифференциального каскада, транслятора уровня, эмиттерного повторителя, всего усилителя K_U⁰. Сравнить с результатами п. 6.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Алексенко А. Г. Основы микросхемотехники. – М.: Сов. радио, 1977. С. 270–287.

2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. – М.: Телеком, 1999.

Лабораторная работа № 7 усилители с частотно-зависимой обратной связью (активные фильтры)

Цель работы – исследование амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристик усилителя и ее зависимости от вида и глубины обратной связи.

Частотно-зависимые цепи обратной связи (ОС) используются для создания усилителя (активного фильтра (АФ)) с необходимыми амплитудно-частотными (АЧХ), фазово-частотными (ФЧХ) характеристиками, а также с необходимой зависимостью времени задержки сигнала от частоты t_зд (w). Именно вид цепи ОС и способ включения ее в усилитель определяют характерные свойства активного фильтра. Наиболее часто используются фильтры низких частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые пропускающие (ПФ-ПП) и полосовые заграждающие (ПФ-ПЗ) фильтры. Вид их АЧХ представлен на рис. 7.1, а, б, в, г соответственно.

Для создания усилителя – активного фильтра, например, фильтра верхних частот I порядка обычно используется операционный усилитель (ОУ), охваченный отрицательной обратной связью (ООС), представляющей фильтр нижних частот, и наоборот, использование фильтра нижних частот в качестве цепи ООС приводит к созданию усилителя – АФ-фильтра верхних частот. Можно использовать как последовательные, так и параллельные ООС.

Для примера рассмотрим работу АФ ФНЧ и подход к расчету его АЧХ. Пусть ООС будет последовательной. Цепь ОС (табл. 7.1, ряд № 1) является ФВЧ, поскольку сопротивление емкости С для верхних частот (w ³ w_z) мало и соответственно К_ОС= U₂ /U₁ ~ 1.

В области низких частот К_ОС определяется омическим делителем и составляет К_ОС= R₁/(R₁+R₂). Вид АЧХ цепи ОС и ее математическое описание представлено в табл. 7.1 в том же ряду.

Включение данной цепи ОС в усилитель (табл. 7.2, сх. № 1) приведет к конечной величине коэффициента усиления по напряжению АФ К_U = = 1+R₂/R₁ в области нижних частот. С повышением частоты К_ОС будет увеличиваться, глубина ООС будет возрастать, а К_U – уменьшаться, стремясь к К_U = 1. Таким образом, сформировался усилитель – АФ-фильтр нижних частот I порядка. Его АЧХ представлена в табл. 7.2 (строка № 1), и в области непрозрачности можно ожидать спада АЧХ вплоть до 20 дБ/дек.