Сборник описаний лабораторных работ Архангельск 2015


Исследование эмиттерного повторителя



жүктеу/скачать 0.63 Mb.
бет10/10
Дата01.04.2016
өлшемі0.63 Mb.
#64257
түріСборник
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Исследование эмиттерного повторителя


1 Цель работы:

    1. Экспериментально подтвердить свойства эмиттерного повторителя.

    2. Исследовать согласующие свойства эмиттерного повторителя.

2 Литература:

2.1 Электронные приборы и усилители. Учебник / Ф.И.Вайсбурд, Г.А. Панаев, Б.И.Савельев. – Москва: Либрком, 2009.



3 Подготовка к работе:

3.1 Подготовить бланк отчёта.

3.2 Изучить теоретический материал.

4 Основное оборудование:

4.1 Персональный компьютер с установленной программой "Multisim 10.1".

5 Задание:

5.1 Определить динамический диапазон каскада.

5.2 Исследовать АЧХ.

5.3 Исследовать согласующие свойства.



6 Порядок выполнения работы:
6.1 Загрузить систему " Multisim 10.1 ".Загрузить проект "ib9_1". Схема исследования данного проекта приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Эмиттерный повторитель. Схема исследования
6.2 Определение динамического диапазона.

6.2.1 Установить на генераторе напряжение 0,05 В и частоту 1 кГц.

Изменяя амплитуду входного напряжения в соответствии с таблицей 1, измерить напряжение на выходе схемы. Результаты измерений занести в таблицу 1.

6.2.2 По результатам измерений построить амплитудную характеристику (Рисунок 2) и определить динамический диапазон (UВХ.МИН. и UВХ.МАКС.).
Таблица 1

UВХ, В

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

UВЫХ, В




























UВХ.МИН = ________ В UВХ.МАКС = __________В
6.3 Исследование АЧХ.

6.3.1 Установить входное напряжение в пределах динамического диапазона (0,3*UВХ.МАКС.).

6.3.2 Изменяя частоту входного напряжения, измерить напряжение на выходе.

6.3.3 Результат измерений занести в таблицу 2.


Таблица 2 Uвх =_________В

f, Гц

50

80

100

160

400

103

2*103

4*103

6.3*103

8*103

104

Uвых, В


































К, дБ

































6.3.4 Рассчитать коэффициент усиления на каждой частоте по формуле:



(1)

где UВЫХ. – выходное напряжение на исследуемой частоте, В

UВХ. – входное напряжение, В.
Результаты расчётов занести в таблицу 2.

6.3.5 Построить график АЧХ К = f(f). Для построения АЧХ использовать логарифмический масштаб оси частот.



6.4 Исследовать согласующие свойства каскада.

6.4.1 Установить уже определенное ранее входное напряжение в пределах динамического диапазона (0,3*UВХ.МАКС.).

6.4.2 Установить частоту сигнала 1 кГц. Изменяя внутреннее сопротивление генератора (Ri) в соответствии с таблицей 3, измерить напряжение на выходе. Результаты измерений занести в таблицу 3.

Таблица 3 Uвх =_________В



Ri, Ом

1 Ом

5100 Ом

Uвых, В







6.4.3 По результатам измерений рассчитать входное сопротивление по формуле:

(2)

где R’i – сопротивление источника сигнала 5100Ом,

UВЫХ. – выходное напряжение, В при Ri = 1 Ом,

U’ВЫХ. – выходное напряжение, В при включении Ri = 5100 Ом.

4.4.4 Установить Ri = 1 Ом. Изменяя сопротивление нагрузки в соответствии с таблицей 4, измерить выходное напряжение и занести в таблицу 4.
Таблица 4 Uвх =_________В

Rн, Ом

300 Ом

1000 Ом

Uвых, В







4.4.5 По результатам измерений рассчитать выходное сопротивление по формуле:

(3)

где ΔUВЫХ = U’’ВЫХ – U’ВЫХ,

ΔIВЫХ = U’ВЫХ / R’Н - U’’ВЫХ / R’’Н,

U’ВЫХ. – выходное напряжение, В при R’Н = 300 Ом,

U’’ВЫХ. – выходное напряжение, В при R’’Н = 1000 Ом.
7 Содержание отчёта:

7.1 Титульный лист.

7.2 Цель работы.

7.3 Схема измерений.

7.4 Таблицы измерений.

7.5 Необходимые расчёты.

7.6 Графики характеристик.

7.7 Вывод по проделанной работе



8 Контрольные вопросы:

8.1 Каковы усилительные свойства эмиттерного повторителя?

8.2 Почему данный каскад назвали повторителем?

8.3 Какой элемент схемы вносит отрицательную обратную связь и какого она вида?

8.4 Какие элементы схемы вызывают искажения в области НЧ?

8.5 Каково назначение каждого из элементов схемы?



Приложение А

(информационное)



Эмиттерный повторитель относится к резисторным каскадам и обладает всеми их преимуществами. БОльшую часть свойств этого каскада определяет сам УЭ и его способ включения. В этом каскаде УЭ включен с общим управляемым электродом, т.е. с общим коллектором (ОК), и вместо усилителя напряжения получаем согласующий каскад с высоким входным сопротивлением (Rвх) и низким выходным сопротивлением (Rвых).

Основное назначение эмиттерного повторителя – согласующий каскад.

Основные свойства схемы с ОК определяет 100 % ООС Н-типа (последовательная по напряжению):


  • отсутствие усиления по напряжению (К≤ 1) и, в результате, выходное напряжение сигнала равно поданному на вход;

  • высокое входное сопротивление Rвх, благодаря последовательной ООС;

  • низкое выходное сопротивление Rвых, благодаря ООС по напряжению;

  • отсутствие инверсии сигнала, т.к. φ=0о;

  • малые искажения всех видов благодаря ООС.

Из вышеперечисленных свойств, приобретаемых каскадом благодаря схеме включения БТ, вытекает и название каскада - повторитель – так как сигнал, поданный на вход, повторяется на выходе по величине, по фазе и по форме.

Входное сопротивление (Rвх) эмиттерного повторителя возможно получить в пределах единиц – десятков кОм (обычно не более 50 кОм). А выходное сопротивление (Rвых) - единиц – десятков



Лабораторная работа №10

Исследование дифференциального усилителя (ДУ)

1 Цель работы:

    1. Исследовать свойства дифференциального каскада.

    2. Сравнить схемные решения дифференциального каскада по подавлению синфазного сигнала.

2 Литература:

2.1 Электронные приборы и усилители. Учебник / Ф.И.Вайсбурд, Г.А. Панаев, Б.И.Савельев. – Москва: Либрком, 2009



3 Подготовка к работе:

3.1 Подготовить бланк отчёта.



    1. Изучить теоретический материал.

4 Основное оборудование:
4.1Персональный компьютер с установленной программой "Multisim 10.1".

5 Задание:

5.1 Сравнить схемные решения дифференциального каскада.

5.2 Рассчитать коэффициент ослабления синфазного сигнала КОСЛ.

5.3 Исследовать влияние цепи ООС и ГСТ (генератора стабильного тока) на коэффициент ослабления .


6 Порядок выполнения работы:

6.1 Загрузить систему " Multisim 10.1 . Загрузить проект ib10_1. Схема исследования данного проекта приведена на рисунке 1.


Рисунок 1 - Дифференциальный каскад. Схема исследования

6.2 Исследование дифференциального каскада без асимметрии.

6.2.1 Установить номиналы сопротивлений R1 = R2 = 4,5 кОм,

R5 = 9,1 кОм

6.2.2 Установить входной сигнал с амплитудой Uвх1 = Uвх2 = 1 мВ и частотой 1 кГц:

а) сигнал синфазный

б) сигнал парафазный (дифференциальный)

6.2.3 Измерить выходное напряжение для двух видов сигналов. Результаты измерения занести в таблицу 1.

Таблица 1



Uвых синф., мВ

Uвых дифр., мВ

КОСЛ, дБ










6.2.4 Рассчитать коэффициент ослабления по формуле (1):

(1)

6.3 Исследование дифференциального каскада с асимметрией.

6.3.1 Установить R1 = 4,7 кОм, R2 = 4,5 кОм.

6.3.2 Произвести измерение выходных напряжений для двух видов сигналов. Результаты измерения занести в таблицу 2.

6.3.3 Рассчитать коэффициент ослабления по формуле (1)

6.3.4 Проанализировать результаты расчета при отсутствии и наличии асимметрии схемы ДУ.

Таблица 2



Uвых синф., мВ

Uвых дифр., мВ

КОСЛ, дБ










6.4 Исследование дифференциального каскада с ГСТ

6.4.1 Загрузить проект pu14_2. Схема исследования данного проекта приведена на рисунке 2.

6.4.2 Установить входной сигнал с амплитудой Uвх1 = Uвх2 = 1 мВ и частотой 1 кГц: а) сигнал синфазный;

б) сигнал парафазный (дифференциальный).

Измерить выходное напряжение в режимах обоих сигналов. Результаты измерения занести в таблицу 4.
Таблица 4

Uвых синф., мВ

Uвых дифр., мВ

КОСЛ, дБ









Рисунок 2 - Дифференциальный каскад с ГСТ. Схема исследования

6.4.4 Рассчитать коэффициент ослабления по формуле (1).

Результаты расчета занести в таблицу 4.

6.4.5 Проанализировать влияние на дрейф «нуля» асимметрии схемы ДУ и включение в его схему ГСТ.

7 Содержание отчёта:

7.1 Титульный лист.

7.2 Цель работы.

7.3 Схема измерений.

7.4 Таблицы измерений.

7.5 Необходимые расчёты.

7.6 Вывод по проделанной работе

8 Контрольные вопросы:

8.1 Каково назначение дифференциального каскада?

8.2 КОСЛ. Какой физический смысл показателя и его связь с дрейфом «нуля»?

8.3 Как дифференциальный каскад реагирует на синфазный и парафазный сигнал?

8.4 Как зависит КОСЛ от глубины ООС?

8.5 какова роль генератора стабильного тока (ГСТ) в дифференциальном каскаде?

8.6 Роль эммитерной связи в дифференциальном каскаде?

Приложение А

(информационное)



Дифференциальный усилитель (ДУ) – это усилитель постоянного тока (УПТ) с симметричным входом и выходом, построенный по мостовой балансной схеме, обладающий низким дрейфом нуля (высокой помехозащищенностью) и усиливающий разность входных напряжений.

Особенности УПТ:

  • усиление и переменной и постоянной составляющих;

  • диапазон рабочих частот : fн =0 Гц, fв зависит от назначения усилителя и определяется самим УЭ;

  • использование гальванической межкаскадной связи, которая способна передавать обе составляющие сигнала;

  • особенности подачи смещения;

  • отсутствие блокировочных и разделительных конденсаторов в схеме;

  • появление помехи особого рода, называемой дрейфом «нуля».

Дрейф «нуля» связан с появлением на выходе УПТ при отсутствии входного сигнала некого напряжения, которое медленно изменяется во времени.По сути, дрейф «нуля» вызван нестабильностью питающих постоянных токов коллектора Iко биполярного транзистора и тока стока Iсо полевого транзистора. Факторы, приводящие к появлению дрейфа «нуля»:

  • изменение температуры, влажности и давления окружающей среды;

  • нестабильность напряжения источника питания;

  • старение усилительных элементов.

Дрейф «нуля» снижает помехозащищенность УПТ и его способность к усилению слабых сигналов, так как по форме неотличим от полезного сигнала. Борьба с этим негативным явлением включает в себя:

  • правильный выбор усилительного элемента. Известно, что полевые транзисторы имеют меньший температурный дрейф, чем биполярные;

  • использование устройств для стабилизации источника питания;

  • введение ООС в усилитель;

  • схемотехнические приемы в построении УПТ - балансные схемы, в том числе и мостовые.

Дифференциальный усилитель (ДУ), изображенный на рисунке1А, построен из двух симметричных частей, каждая из которых является, по сути, резисторным каскадом на одинаковых транзисторах, включенных с ОЭ. Работа обеих частей ДУ объединяется резистором эмиттерной связи Rэ, которым и задается общий ток транзисторов. Также этот резистор является цепью ООС. Любой ДУ выполняется по принципу сбалансированного моста, два плеча которого образованы резисторами Rк1 и Rк2, а два других — транзисторами VT1 и VT2. Сопротивление нагрузки Rн включено в диагональ моста. Если мост идеально сбалансирован, то на нагрузке дрейф «нуля» отсутствует.Из-за технологического разброса параметров транзисторов VT1 и VT2 идеальный баланс моста не достигается, поэтому дрейф «нуля» существует, но многократно снижается.

Рисунок1А- Дифференциальный каскад

Полезный сигнал является противофазным (дифференциальным) сигналом, который вызывает в плечах ДУ разную реакцию - ток одного плеча увеличивается, в другом уменьшается на одинаковую величину. При этом в цепи ООС переменные составляющие будут протекать в противоположных направлениях и компенсируются. Обратная связь для дифференциального сигнала не возникает. Дифференциальный коэффициент усиления Кд равен коэффициенту усиления каскада с ОЭ. Кд.

Дрейф «нуля» имитируется синфазным сигналом, т.е. сигналом, представляющим собой два одинаковых по величине и фазе напряжения. вызывает в плечах ДУ одинаковую реакцию - ток в обоих плечах либо увеличивается, либо уменьшается на одинаковую величину. При этом в цепи ООС переменные составляющие будут протекать в одном направлении и суммируются. Возникает глубокая обратная связь для синфазного сигнала, которая уменьшает синфазный коэффициент на глубину ООС. Синфазный коэффициент усиления Ксф равен небольшой величине. Ксф. Это означает, что ДУ практически не реагирует на помеху, но хорошо усиливает разностный (дифференциальный) сигнал.

Важной характеристикой ДУ является коэффициент подавления (ослабления) синфазного сигнала КОСЛ, который показывает, во сколько раз коэффициент усиления дифференциального входного сигнала, приложенного между входами каскада, больше коэффициента усиления синфазных сигналов.

КОСЛ =

Анализ показывает, что для увеличения коэффициента ослабления необходимо увеличивать сопротивление Rэ, Однако при этом приходится сталкиваться с проблемой обеспечения необходимого режима транзисторов по постоянному току. Трудности заключаются в необходимости увеличения напряжение питания до такой величины, что его реализация становится технически нецелесообразной. Кроме того, на резисторе Rэ при этом будет бесполезно рассеиваться электрическая мощность, что снижает КПД каскада. Также не всегда возможно увеличивать сопротивление Rэ из-за технологических трудностей реализации резисторов больших номиналов в монолитных ИМС.

Для устранения этого недостатка вместо резистора Rэ включают узел, называемый генератором стабильного тока (ГСТ). ГСТ представляет собой транзистор с ОЭ, который выполняет роль источника тока. Выходное сопротивление транзистора ГСТ переменному току довольно высокое и примерно равно дифференциальному сопротивлению коллекторного перехода. Это обеспечивает высокое значение коэффициента ослабления и низкий дрейф «нуля». При этом интегральная площадь ГСТ много меньше, чем у резистора, и не требуется повышать напряжение питания. При использовании ГСТ в схеме ДУ коэффициента ослабления КОСЛ может достигать до 120 дБ.

В диапазоне высоких частот существенную роль в разбалансе каскада играют емкости коллекторных переходов. Они являются основной причиной роста дрейфа «нуля» в диапазоне высоких частот.

Тот факт, что работа ДУ основывается на симметрии его плеч, объясняет популярность этих усилителей в микроэлектронике. Только в интегральных схемах, можно обеспечить почти полную идентичность параметров транзисторов и минимальный дрейф «нуля».



Кроме хороших усилительных свойств и высокой помехозащищенности ДУ обладает:

  • высоким входным сопротивлением (примерно как в схеме с общим коллектором);

  • универсальностью, которая предполагает четыре схемы включения ДУ: симметричный вход и выход, несимметричный вход и симметричный выход, симметричный вход и несимметричный выход, несимметричный вход и выход.

Все это обеспечивает широкое применение схем ДУ в схемотехнике операционных и интегральных усилителей.
ЛИТЕРАТУРА


  1. Вайсбурд, Ф.И., Панаев, Г.А., Савельев, Б.И. Электронные приборы и усилители. Учебник – Москва. Либрком, 2010.

  2. Ушакова, Л.В. Электронная техника. Учебное пособие – Москва. УМЦ СПО, 2008.

3 Горошков, Б.И., Горошков, А.В. Электронная техника – Москва. Академия, 2010.
жүктеу/скачать 0.63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет