Файл: Лабораторная работа 3 по тосс (в 2х частях) Часть Резистивный усилитель на транзисторе Цель работы.doc

27 сентября 2022 г.

Лабораторная работа №3 по ТОСС (в 2-х частях)

Часть 1. Резистивный усилитель на транзисторе

1. 
   Цель работы:
   

Изучить схемотехнику и работу транзисторного резистивного усилителя. Экспериментально исследовать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилительного каскада.

1. 
   Описание рабочего места (рис.1):
   

Рабочее место для выполнения лабораторной работы включает генератор гармонических сигналов, вольтметр или осциллограф, блок питания и лабораторный стенд (рис.1).

С помощью переключателей 1 и 2 выбираются разделительные конденсаторы различной емкости. Переключатели 3 и 4 позволяют выбрать нагрузочные резисторы с разными сопротивлениями. Шунтирующие конденсаторы с различной емкостью выбираются с помощью переключателей 5 и 6. Шунтирующие конденсаторы включены для ограничения полосы пропускания в области высоких частот.

2. 
   Краткие сведения из теории:
   

Резистивный усилитель – это усилитель, у которого в качестве нагрузки используются резисторы. Так как в этом усилителе из-за отсутствия катушек индуктивности не возникает колебательных процессов, то резистивный усилитель часто называют апериодическим усилителем. Резисторы здесь используются в качестве внутренней и внешней нагрузки.

Схема резистивного усилителя с общим эмиттером (ОЭ) дает наибольший коэффициент усиления по мощности. В качестве внутренней и внешней нагрузки используются резисторы R_к и R_н соответственно. Внешний нагрузочный резистор может отсутствовать, если в качестве внутренней нагрузки включены, громкоговоритель, реле, линия связи и т. п.

Совокупность переменных токов и напряжений на элементах каскада определяют режим усиления по переменному напряжению. Через разделительный конденсатор С_р переменный входной сигнал поступает на базу транзистора и управляет относительно большим током коллектора. Конденсатор С_р в схеме имеет большую емкость. Следовательно, его емкостное сопротивление Х_С=1/jwC_p мало и поэтому он хорошо пропускает переменный входной ток. Основное назначение этого конденсатора – не пропустить на вход усилителя постоянное напряжение, которое может присутствовать во входном сигнале. Поэтому конденсатор

---

С_р называется разделительным. В рассматриваемой схеме разделительный конденсатор также не пропускает постоянное напряжение смещения, присутствующее на базе транзистора. Часто усилитель, на входе у которого установлен разделительный конденсатор, называют усилителем с «закрытым» входом.

Важную роль в этой схеме играет блокировочный конденсатор С_бл. Имея большую емкость, и следовательно, большое сопротивление, блокировочный конденсатор используется для того, чтобы сделать практически одинаковыми переменные потенциалы двух узлов. Тем самым «блокируется» поступление переменного напряжения из одной части схемы в другую.

От простейшей схемы усилителя с ОЭ приведенную схему (рис. 1) отличают две особенности. Первая - использование вместо источника смещения Е_бэрезистивного делителя напряжения, состоящего из резисторов R_б1 и R_б2. Делитель используется для экономии – не требуется дополнительного источника питания. Сопротивления резисторов подбирают так, чтобы на базу относительно эмиттера поступала только часть напряжения питания, равная открывающему напряжению Е_бэ= 0,5…0,8 В. Вторая отличительная особенность схемы – использование резистора R_э. Сопротивление этого резистора равно R_э = 0,1…1 кОм. Его назначение – обеспечить температурную стабильность параметров каскада. Стабилизация возникает благодаря возникающей отрицательной обратной связи (ООС).

Рис. 1. Резистивный усилитель на транзисторе
На рис. 2 показана АЧХ резистивного усилителя.

Амплитудно-частотная характеристика усилителя - это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты.

.




K

К₀

0,707

НЧ ВЧ



0 f_НЧ f_{ВЧ f}
.

Рис. 2. АЧХ резистивного усилителя

В области низких частот (область НЧ) коэффициент усиления усилителя уменьшается из-за увеличения емкостных сопротивлений разделительных конденсаторов. На нулевой частоте сопротивление разделительных конденсаторов равно бесконечности

---

, и коэффициент усиления усилителя равен нулю. С уменьшением частоты увеличиваются также сопротивления блокировочных конденсаторов. Как правило, это тоже приводит к уменьшению усиления усилителя.

На высоких частотах (область ВЧ) начинают сказываться инерционность транзистора, емкости его переходов, а также паразитные емкости монтажа, возникающие между выводами радиоэлементов и корпусом устройства. Указанные емкости невелики, однако с ростом частоты сопротивление внутренних емкостей транзистора и паразитных емкостей монтажа уменьшается на пределе, при , выводы транзистора по переменному напряжению оказываются закороченными, а выводы радиоэлементов – соединенными друг с другом. Поэтому коэффициент усиления усилителя с ростом частоты уменьшается в пределе до нуля. Для описания частотных свойств резистивного усилителя вводятся две граничные частоты для областей низких и высоких частот: f_НЧ и f_ВЧ. Как правило, они определяются по уровню 0,707 от значения коэффициента усиления усилителя в области средних частот. Например, для телефонных каналов связи эти частоты обычно равны: f_НЧ = 300 Гц и f_ВЧ = 3400Гц. Все усилители для телефонной линии должны обеспечивать усиление в указанном диапазоне частот.

3. 
   Задание для работы:
   

Подключить к входным клеммам усилителя генератор гармонических сигналов. Установить малый уровень входного напряжения (от 5 до 100 мВ) для обеспечения работы усилителя в линейном режиме. При исследовании АЧХ частоту выходного сигнала нужно плавно изменять от низкой частоты (10 кГц) до высокой частоты (1000…2100 кГц). Число экспериментальных значений нужно увеличивать в областях низких и высоких частот, где АЧХ изменяется быстрее, и уменьшать в области средних частот усилителя.
3.1. Исследование АЧХ усилителя в области низких частот

Изменяя емкость разделительного конденсатора при фиксированной коллекторной нагрузке и емкости шунтирующего конденсатора снять зависимость выходного напряжения от частоты в области низких и средних частот; построить графики 3-х амплитудно-частотных характеристик в области низких и средних частот.
/

3.2. Исследование АЧХ усилителя в области высоких частот.

Изменяя емкость шунтирующего конденсатора при фиксированной коллекторной нагрузке и емкости разделительного конденсатора снять зависимость выходного напряжения от

---

частоты в области высоких и средних частот; построить графики 3-х амплитудно-частотных характеристик в области высоких и средних частот .

2 часть. Исследование передающего тракта (тракта амплитудной модуляции)
На рис. 3 изображена структурная схема радиопередающего устройства с формированием АМ-сигнала.


Антенна

Генератор Усилитель

информационного АМ сигнала Модулятор Осциллограф

сигнала F_нч (УНЧ) (перемножитель)

Генератор сигнала

несущей частоты f<sub>нес

(задающий генератор)</sub>

Рис. 3. Радиопередатчик с формированием АМ-сигнала
Ниже, на рис. 4 изображена электрическая принципиальная схема радиопередатчика с формированием АМ-сигнала (на перемножителе), диаграмма АЧХ и осциллограмма.
Краткие сведения из теории:

Амплитудная схема простейшего амплитудного модулятора, выполненного на аналоговом перемножителе, приведена на рис. 1.

Аналоговый перемножитель относится к параметрическим цепям, так как коэффициент передачи по одному из двух его входов зависит от напряжения на другом его входе.

На вход Х перемножителя (рис.1) поступает модулирующее (гармоническое) низкочастотное напряжение . Кроме переменного низкочастотного напряжения на этот вход дополнительно подается постоянное напряжение U₀.

На второй вход Y перемножителя поступает высокочастотное напряжение несущей .

Напряжение на выходе аналогового перемножителя имеет вид:

, где k – коэффициент перемножителя.

Раскрывая квадратные скобки, получим

.

Первое слагаемое представляет выходное несущее колебание с амплитудой kU₀u_нес.

Второе слагаемое, включающее произведение двух гармонических сигналов, дает на выходе две комбинационные гармоники

---

, которые образуют боковые составляющие в спектре амплитудно-модулированного сигнала (АМ-сигнала).

Напряжение на выходе перемножителя (рис. 4) можно переписать в виде:
,

где - это коэффициент амплитудной модуляции
Порядок выполнения 2й части лабораторной работы:

1. 
   Установить на компьютер программу.
   
2. 
   Запустить программу нажатием мышки на значок
   
3. 
   На рабочем поле построить схему модулятора (см.рис. 4), задавая параметры ВЧ-сигнала согласно Вашего варианта, и зафиксировать АМ- сигнал на выходе модулятора, используя осциллограф.
   

Для этого необходимо: установить на входах перемножителя:

* частоту f_нес и напряжение несущей U_нес,

* частоту f_m и напряжение модулирующего сигнала U_m,

4. Получить на выходе модулятора АМ-сигнал.

Рис. 4. Схема радиопередающего устройства

№	Фамилия, Имя, Отчество	Для получения Uдем вых max элементы усилителя:			Частота fнес, кГц
		Ср	Rк	Cш
1	Алексеев К.А.				10
2	Владимиров В.Г.				20
3	Войтенко К.А.				30
4	Гладков И.В.				40
5	Глебов Р.С.				50
6	Горбунов В.А.				60
7	Зуев Н.М.				70
8	Ильинов М.А.				80
9	Кормачев Д.С.				90
10	Лукашов М.А.				100
11	Матвеев В.С.				110
12	Ноздрин Д.О.				120
13	Пачин А.А.				130
14	Плотников С.А.				140
15	Родькин В.В.				150
16	Рычков Д.А.				160
17	Смолин В.С.				170
18	Фролов И.М.				180
19	Хайбулаев Р.М.				190
20	Хапров Е.С.				200
21	Шалавин Н.А.				210
22	Шигин Е.К.				220

---