WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 9 |

Номинал токозадающего резистора R1 установить после проведения расчета с использованием данных (UoБ и IoБ ), полученных в результате экспериментальных исследований режимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе по теме 2.

EП -UoБ R1 =. (0.20) IoБ 2.2. При EСМ =0 путем изменения номинала резистора R1 настроить работу каскада в режиме класса А, контролируя ток IoK покоя коллектора амперметром PA2, а напряжение UoK покоя коллектора вольтметром PV 2. Настройку можно считать завершенной, когда значения тока и напряжения покоя будут лежать в пределах, определяемых выражениям (3.17) и (3.18).

Экспериментальные значения тока и напряжения покоя коллектора необходимо записать в табл. 3.2.

2.3. Установить вольтметры в режим измерения переменного напряжения (Mode: AC) и настроить осциллограф по п.1.4.

2.4. Задав напряжение источника входного сигнала EСМ =5мВ, зарисовать осциллограммы и вычислить коэффициент усиления каскада по напряжению Ku.

Экспериментальное значение коэффициента усиления занести в табл. 3.2.

3. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по напряжению.

3.1. Собрать схему установки, представленную на рис. 3.7. Значение сопротивления RК взять в зависимости от номера бригады из табл. 3.1.

Рис. 3.7. Схема установки для исследования усилительного каскада на биполярном транзисторе с ООС по напряжению.

Номинал токозадающего резистора RБ установить после проведения расчета с использованием значений UoБ и IoБ, полученных в результате экспериментальных исследований режимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе по теме UoK -UoБ RБ = (0.21) IoБ 3.2. При EСМ =0 путем изменения номинала резистора RБ настроить работу каскада в режиме класса А, контролируя ток IoK покоя коллектора амперметром PA2, а напряжение UoK покоя коллектора вольтметром PV 2. Настройку можно считать завершенной, когда значения тока и напряжения покоя будут лежать в пределах, определяемых выражениям (3.17) и (3.18).

Экспериментальные значения тока и напряжения покоя коллектора записать в табл. 3.2.

3.3. Установить вольтметры в режим измерения переменного напряжения (Mode: AC) и настроить осциллограф по п. 1.4.

3.4. Задав напряжение источника входного сигнала EСМ =5мВ зарисовать осциллограммы и вычислить коэффициент усиления каскада по напряжению Экспериментальное значение коэффициента усиления занести в табл. 3.2.

3.4. При помощи переключателя SB1 подключить сопротивление нагрузки RН через разделительный конденсатор С2 к коллектору транзистора и снять осциллограммы напряжения на коллекторе и входного напряжения. Измерить уровень постоянной составляющей сигнала на нагрузке. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению и результат занести в табл. 3.2.

4. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по току.

4.1. Собрать схему установки, представленную на рис. 3.8.

Задать величину эмиттерного резистора RЭ =100 Ом.

Рис.3.8 Схема установки для исследования усилительного каскада на биполярном транзисторе с ООС по току.

Номиналы резистивного делителя R1, R2 установить после проведения расчета с использованием значений UoБ и IoБ, полученных в результате экспериментальных исследований режимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе по теме Порядок расчета следующий:

• Задаться током делителя IДЕЛ = 0,2мА ;

• Определить IoК RЭ +UoБ R2 = ; (0.22) Iдел • Рассчитать EП R1 = - R2 (0.23) Iдел 4.2. При EСМ =0 путем изменения номинала резистора R1 настроить работу каскада в режиме класса А, контролируя ток IoК покоя коллектора амперметром PA2, а напряжение UoK покоя коллектора вольтметром PV 2. Настройку можно считать завершенной, когда значения тока и напряжения покоя будут лежать в пределах, определяемых выражениям (3.17) и (3.18).

Экспериментальные значения тока и напряжения покоя коллектора необходимо записать в табл. 3.2.

4.3. Установить вольтметры в режим измерения переменного напряжения (Mode: AC) и настроить осциллограф следующим образом:

• длительность развертки по горизонтали – 1мс/дел;

• чувствительность отклонения луча по вертикали канала А – 10мВ/дел;

• смещение луча канала А по вертикали – -2дел;

• чувствительность отклонения луча по вертикали канала В – 5В/дел;

• смещение луча канала В по вертикали – 0дел.

4.4. Задав напряжение источника входного сигнала EСМ =10мВ зарисовать осциллограммы и вычислить коэффициент усиления каскада по напряжению Экспериментальное значение коэффициента усиления занести в табл. 3.2.

4.5. Подключив сопротивление нагрузки через разделительный конденсатор к коллектору транзистора, снять осциллограммы коллекторного и входного напряжений. Измерить уровень постоянной составляющей сигнала на нагрузке. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению.

Содержание отчета 1. Цель работы 2. Программа работы 3. Принципиальные электрические схемы всех лабораторных установок.

4. Осциллограммы и таблица с экспериментальными данными.

5. Краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы При допуске к лабораторной работе:

1. Какова цель и программа работы 2. Какими величинами определяется режим работы транзистора по постоянному току 3. Как можно задать ток покоя коллектора IoК 4. Как можно задать напряжение покоя коллектора UoК 5. Нарисуйте схему усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным напряжением покоя базы.

6. Нарисуйте схему усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным током покоя базы.

7. Нарисуйте схему усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по напряжению.

8. Нарисуйте схему усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по току 9. Что такое коэффициент нестабильности усилительного каскада 10. Какую роль играют разделительные конденсаторы в исследуемых схемах усилителей переменного тока При защите лабораторной работы необходимо знать ответы на все вышеприведенные вопросы и, кроме того, необходимо знать ответы на следующие вопросы:

1. Почему для реализации усилителя переменного тока наряду с полезным сигналом между базой и эмиттером транзистора должно быть напряжение смещения 2. При каком напряжении между базой и эмиттером кремниевый npn-транзистор находится в открытом состоянии (примерно) 3. При каких условиях транзистор работает в режиме класса А 4. Как влияет величина коллекторного сопротивления RK на коэффициент усиления транзистора 5. Как изменяется ток покоя транзистора при изменении величины сопротивления RБ в схеме с фиксированным током базы 6. Как изменяется ток покоя транзистора при изменении величины сопротивления R1 в схеме с фиксированным напряжением базы 7. Как изменяется ток покоя транзистора при изменении величины сопротивления R2 в схеме с фиксированным напряжением базы 8. Как изменяется напряжение покоя транзистора при изменении величины сопротивления R1 в схеме с фиксированным напряжением базы 9. Как изменяется напряжение покоя транзистора при изменении величины сопротивления R2 в схеме с фиксированным напряжением базы 10. Как изменяется напряжение покоя транзистора при изменении величины сопротивления RБ в схеме с фиксированным током базы 11. Как изменится коэффициент усиления по напряжению каскада с ООС по току при шунтировании резистора RЭ конденсатором Тема ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ Теоретические сведения Операционные усилители (ОУ) – это многокаскадные усилители постоянного тока, имеющие дифференциальный вход и несимметричный выход и обладающие большим дифференциальным кодиф эффициентом усиления по напряжению Ku. Свое название ОУ получили в связи с реализацией на их основе различных алгебраических операций (сложения, вычитания, дифференцирования и т.д.).

Амплитудно-частотная характеристика ОУ приведена на рис. 4.1. Нижняя граничная частота у ОУ принципиально равна нулю (н = 0). Верхняя граничная частота зависит от типа ОУ и лежит в диапазоне значений в =104...106 Гц.

Как видно из амплитудно-частотной характеристики ОУ способны усиливать не только сколь угодно медленно изменяющиеся во времени сигналы ( 0), т.е. постоянный ток, но и сигналы переменного тока.

Ku Ko 0,707Ko в Рис. 4.1. Амплитудно-частотная характеристика ОУ.

ОУ являются основным «схемотехническим элементом» современных аналоговых устройств и предназначены для работы с различными типами обратных связей. Например, путем охвата ОУ соответствующей отрицательной обратной связью достаточно просто создаются высокоточные усилители постоянного и переменного токов, сумматоры, интеграторы, дифференциаторы, логарифмические усилители и т.д. Без обратных связей ОУ используются в очень редких случаях.

DA3 выход инвертирующий вход W m 4 +Епнеинвертирующий вход +U 2 -Еп-U NC выводы для поключения 1 общий GND NC элементов коррекции нуля ОУ +Еп1 DADAинверт. вход W выход инверт. вход выход неинверт.

неинверт. вход вход общий -ЕпРис.4.2. Условные графические обозначения ОУ: DA1 и DA3 – по отечественным стандартам; DA2 – по зарубежным стандартам.

Условные графические обозначения ОУ по отечественным и зарубежным стандартам приведены на рис. 4.2. В некоторых ОУ имеются еще выводы для устранения самовозбуждения усилителя.

Эти выводы обозначаются в дополнительном поле как «FC»- частотная коррекция.

DAIвхW Iвх1 Uд U t ( ) вых Рис.4.3. Токи и напряжения в ОУ.

КР140УД( ) вх( ) U t вхU t Напряжение на выходе разомкнутого ОУ (не охваченного обратной связью) можно представить в следующем виде (см. рис. 4.3):

дифвых вых Uвых (t)=Ku [Uвх1(t) -Uвх2(t)]+Uсм0 +Uдр (t), (0.24) где:

• Uвх1(t)– напряжение на неинвертирующем входе ОУ;

• Uвх2(t) – напряжение на инвертирующем входе ОУ;

• Uд = Uвх1(t)-Uвх2(t) – разность напряжений между входами ОУ;

Uвых (t) Uвых (t) диф • Ku == – дифференциальный коUд Uвх1(t) -Uвх2(t) эффициент усиления ОУ по напряжению;

вых • Uсм0 – постоянная паразитная составляющая выходного напряжения, называемая напряжением смещения нуля на выходе;

вых • Uдр (t) – дрейф паразитной составляющей выходного напряжения.

диф Как видно из выражения (4.1) ОУ усиливает в Ku раз разность входных сигналов Uд и в идеале не усиливает синфазную составляющую входных сигналов Uвх1(t)+Uвх2(t) вх Uсинф (t) =. (0.25) Если напряжение смещения нуля можно схемотехническим путем устранить, то его дрейф устранить практически невозможно.

Основными причинами дрейфа являются:

• Температурная зависимость параметров элементов ОУ.

• Зависимость параметров элементов от питающих напряжений.

• Нестабильность параметров элементов во времени из-за старения элементов.

Для эквивалентного сопоставления ОУ различных типов напряжение смещения нуля и его дрейф оцениваются, как приведенные к входу усилителя:

вых U смUсм0 = (0.26) диф Ku вых U (t) др Uдр (t) = (0.27) диф Ku На рис. 4.4 представлена проходная характеристика ОУ – зависимость его выходного напряжения от разности напряжений на входах.

Рис.4.4. Проходная характеристика ОУ На проходной характеристике можно выделить три участка – два из них называются участками насыщения, а третий (между ними) – линейным. Линейный участок очень узкий и составляет единицы–десятки милливольт. Только в пределах линейного участка возможно усиление разности входных сигналов. В областях насыщения усиление невозможно. Из проходной характеристики видно, что напряжение смещения нуля приведенное к входу Uсм0 численно равно такому входному напряжению ОУ, которое ему надо подать на вход с соответствующим знаком, чтобы получить выходное напряжение равное нулю.

В настоящее время ОУ выпускаются в интегральном исполнении в достаточно большом ассортименте.

В зависимости от технических характеристик интегральные ОУ делятся на ряд групп:

• ОУ общего применения имеют средние значения всех параметров. Они наиболее дешевы, а потому применяются наиболее часто.

• Прецизионные ОУ предназначены для точного выполнения операций над аналоговыми сигналами и имеют дифференциальный коэффициент усиления около или более 105 и малые значения дрейфовых параметров. Их называют измерительными усилителями.

• Быстродействующие ОУ имеют большую скорость нарасВ тания выходного сигнала V > 100 и используются мксек для построения импульсных усилителей.

• Микромощные ОУ применяются в автономных устройствах с малым энергопотреблением Рпот <1мВт, Еn 3B.

• Программируемые ОУ имеют добавочный вход, подавая напряжение на который можно управлять параметрами ОУ.

Для расчетов схем и устройств на основе ОУ очень часто используют понятие идеального ОУ. Под идеальным понимают ОУ со следующими параметрами:

• Дифференциальный коэффициент усиления по напряжедиф нию Кu и, как следствие, разность напряжений на входах Uд = (Uвх1 -Uвх2) 0 ;

• Входные токи Iвх1,Iвх2 0, а входное дифференциальдиф ное сопротивление (как следствие) Rвх ;

• Выходное сопротивление Rвых 0;

• Верхняя граничная частота fв.

Современные интегральные ОУ имеют параметры, близкие к идеальным (см. табл. 4.1).

Таблица 4.Параметры ОУ Идеальный ОУ Реальные ОУ Дифференциальный коэффициент усиления по напряжению 104...диф Кu Входные токи 10-12...10-Iвх1,Iвх2, А Входное дифференциальное сопротивление 104...диф Rвх, Ом Выходное сопротивление 100...Rвых, Ом Верхняя граничная частота 103...fв, Гц Инвертирующий усилитель на ОУ.

Инвертирующий усилитель изменяет знак выходного сигнала относительно входного. Он создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора Rос параллельной отрицательной обратной связи по напряжению (см. рис. 4.4). Неинвертирующий вход связывается с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ.

Iос Rос DARIос Iвхвх W Uд ос ос Uвх Uвых I вхРис. 4.4. Схема инвертирующего усилителя на ОУ.

Для узла 1 можно записать токовое уравнение Кирхгофа ос Iвх = Iос + Iвх2 Iос, (0.28) так как в предположении идеальности ОУ можно считать, что Iвх2 0.

Определяя токи на основе закона Ома для участка цепи, имеем осос Uвх -Uд Uд -U вых = (0.29) R1 Rос диф Поскольку дифференциальный коэффициент Ku разомкнутого идеального ОУ считается бесконечно большим, то дифференциальное напряжение Uд 0. Отсюда осос Uвх U вых =- (0.30) R1 Rос или Rос осос Uвых =-Uвх (0.31) RСоответственно коэффициент усиления инвертирующего усилителя по напряжению будет равен ос Uвых Rос ос Ku ==-. (0.32) ос RUвх Неинвертирующий усилитель на ОУ.

Неинвертирующий усилитель, не изменяет знак выходного сигнала относительно входного. Он создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора Rос последовательной отрицательной обратной связи по напряжению (см. рис. 4.5). Входной сигнал подается непосредственно на неинвертирующий вход ОУ.

Входное напряжение связано с разностью напряжений на входах ОУ и напряжение на инвертирующем входе UR1:

ос Uвх = UR1 +Uд UR1 (0.33) Считая, что входные токи ОУ ничтожно малыми, напряжение на инвертирующем входе можем записать как Rос UR1 =Uвых (0.34) R1+ Rос RI Iос Rос DAURI вхW = Iос I Uд вх вхос Uвых ос Uвх Рис. 4.5. Схема неинвертирующего усилителя на ОУ.

Подставляя (4.11) в (4.10) имеем Rосос Uвх = UR1 +Uд UR1 =Uвых (0.35) R1+ Rос Откуда находим коэффициент усиления неинвертирующего усилителя по напряжению ос Uвых R1+ Rос Rос ос Ku === 1+ (0.36) ос R1 RUвх Инвертирующий сумматор на ОУ.

Аналоговым сумматором (см. рис. 4.6) называется функциональный преобразователь аналоговых сигналов, осуществляющий их суммирование с определенными весовыми коэффициентами. В общем случае выходное напряжение сумматора описывается выражением Uвых = Ku1Uвх1 + Ku2Uвх2 + + KuNUвхN (0.37) где Ku1,Ku2, KuN называются весовыми или масштабными коэффициентами.

UUвых U UN Рис. 4.6. Функциональное обозначение аналогового сумматора.

Входными могут быть как постоянные, так и переменные сигналы. Весовые коэффициенты у инвертирующих сумматоров отрицательны, а у неинвертирующих – положительны.

Схема инвертирующего сумматора на ОУ приведена на рис.

4.7. Она отличается от схемы инвертирующего усилителя (см. рис.

4.4) только наличием входных резисторов R2, R3... RN Число «параллельных» ветвей резисторов на входе инвертирующего усилителя равно числу входных сигналов.

I R1 UвхI R2 Iос Rос Uвх.

.

DARN IN I вх.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 9 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.