Измерение технических показателей усилителя

6.1 Загрузите программу "Multisim 10.1".

Рисунок 1 - Усилитель. Схема электрическая принципиальная

6.3.1 Установите на генераторе частоту 1 кГц изменяя напряжение в соответствии с таблицей 1, измерьте напряжение на выходе усилителя.

6.3.2 Результаты измерений занесите в таблицу 1.

6.3.4 Определите динамический диапазон усилителя, ограниченный

U_{вх макс}. Выпишите его значение.

6.4 Определение диапазона рабочих частот

6.4.1 Установите на генераторе напряжение входного сигнала 0,3 * U_вхмакс и, изменяя частоту в соответствии с таблицей 2, измерьте напряжение на выходе усилителя. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

Таблица 2

f, Гц	50	80	100	160	400	1*103	2*103	4*103	6.3*103	8*103	10*103
Uвых., мВ
Y, дБ

6.4.2 По результатам измерений рассчитайте относительное усиление на каждой частоте по формуле 1:

где U_вых. – выходное напряжение на исследуемой частоте,

U_{вых ср.} – выходное напряжение в области средних частот (это наибольшее значение в строке U_вых, как правило, это напряжение на f = 1кГц).

6.4.3 Постройте график АЧХ Y = f(f) при U_ВХ=const.

6.4.4 Для построения АЧХ можно воспользоваться логарифмическим масштабом оси частот (таблица 3).

Таблица 3

6.5 Определение диапазон рабочих частот.

6.5.1 Проведите горизонтальную прямую, смещённую по ординате на величину заданной неравномерности АЧХ (по заданию преподавателя).

6.5.2 Точки пересечения построенной АЧХ и горизонтальной прямой составляют границы диапазона рабочих частот усилителя f_н и f_в.

6.5.3 Выпишите значения ДРЧ.

6.6 Сделайте выводы по результатам работы.

7.1 Титульный лист.

7.2 Цель работы.

7.3 Содержание работы:

7.3.1 Схема измерений.

7.3.2 Таблицы измерений.

7.3.3 Необходимые расчёты.

7.3.4 Графики.

7.3.5 Вывод по проделанной работе.

8 Контрольные вопросы:

8.1 Перечислите основные технические показатели усилителя?

8.2 Какие показатели относятся к входным и выходным данным?

8.3 Что называется амплитудной характеристикой?

8.4 Что такое динамический диапазон?

8.5 Как определить динамический диапазон усилителя?

8.6 Что называется АЧХ?

8.7 Что такое диапазон рабочих частот?

8.8 Как определить диапазон частот усилителя при заданной неравномерности АЧХ?

8.9 Как определить коэффициент усиления по напряжению?

8.10 Как определить частотные искажения в пределах заданного диапазона рабочих частот?
Приложение А

(информационное)

Усилитель – это аналоговое устройство, предназначенное для усиления электрических колебаний по току, напряжению и мощности с условием сохранения формы входного сигнала.

Исходя из назначения усилителя, к нему предъявляются следующие требования:

• 
  Хорошие усилительные свойства
  
• 
  Минимальные искажения сигнала
  
• 
  Высокий коэффициент полезного действия
  
• 
  Уверенный прием сигнала
  
• 
  Хорошие согласующие свойства
  

• 
  Коэффициент усиления по напряжению (должен стремиться к максимальному положительному значению)
  

• 
  Относительный коэффициент усиления
  

• 
  Динамический диапазон – диапазон входных напряжений (), которые усилитель усиливает без нелинейных искажений или они не превышают допустимые.
  
• 
  Диапазон рабочих частот (ДРЧ) - диапазон рабочих частот (), которые усилитель усиливает без линейных частотных искажений или они не превышают допустимые.
  
• 
  Коэффициент гармоник – показатель нелинейных искажений k_г (не должен превышать допустимый)
  
• 
  Коэффициент частотных искажений М (не должен превышать допустимый)
  
• 
  Входное сопротивление усилителя (идеальное должно стремиться к бесконечности)
  
• 
  Выходное сопротивление усилителя (идеальное должно стремиться к нулю)
  

• 
  Амплитудная характеристика – график зависимости выходного напряжения от напряжения, действующего на входе U_вых = f (U_вх). Идеальной формой является прямая линия, проходящая через начало координат. Отклонение формы этой характеристики от прямой линии свидетельствует о наличии нелинейных искажений. Линейный участок на амплитудной характеристике определяет динамический диапазон усилителя.
  
• 
  Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - график зависимости модуля коэффициента усиления от частоты сигнала К = f(f) или Y = f(f). Идеальной формой является прямая линия, проходящая параллельно оси частот. Отклонение формы этой характеристики от равномерной прямой линии свидетельствует о наличии частотных линейных искажений. Равномерный участок на АЧХ характеристике определяет диапазон рабочих частот усилителя.
  

1.1 Исследовать влияние ООС различной глубины на амплитудно-частотную характеристику и основные технические показатели усилителя.

2.1 Электронные приборы и усилители. Учебник / Ф.И.Вайсбурд, Г.А. Панаев, Б.И.Савельев. – Москва: Либрком, 20093 Подготовка к работе:

3.1 Подготовить бланк отчёта.

3.2 Изучить теоретический материал.

4.1 ПК с установленной САПР радиотехнических схем " Multisim 10.1 ".

5 Задание:

5.1 Измерить глубину отрицательной обратной связи.

5.2 Снять амплитудную характеристику усилителя.

5.3 Снять амплитудно-частотную характеристику.

6 Порядок выполнения работы:

6.1 Загрузить систему " Multisim 10.1 ".

6.2 Загрузить проект "ib7_1". Схема исследования данного проекта приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Усилитель с ООС. Схема исследования

6.3 Измерение глубины ООС.

6.3.1 Установить на генераторе напряжение 1 мВ и частоту 1 кГц. Установить ключи S₁ и S₂ в положение без ООС (смотрите таблицу 1). Измерить напряжение на выходе усилителя. Занести показание в таблицу 1.

6.3.2 Подключить сопротивление ООС 330 Ом. Для этого установить ключи S₁ и S₂ в соответствующее положение (смотрите таблицу 1). При подключении ООС наблюдается уменьшение выходного напряжения, поэтому увеличением входного напряжения необходимо добиться того же показания вольтметра, что и в случае без ООС. Результаты измерений занести в таблицу 1.

6.3.3 Подключить сопротивление ООС 200 Ом. Для этого необходимо установить ключи S₁ и S₂ в соответствующее положение (смотрите таблицу 1). Изменением входного напряжения снова надо добиться того же показания вольтметра, что и в случае без ООС. Результаты измерений занести в таблицу 1.

6.3.4 Рассчитать глубину ООС по формуле:

(1)

Результат занести в таблицу 1.

Таблица 1

RООС, Ом	UВХ, мВ	UВЫХ, мВ	Глубина ООС А=1+βК	Положение ключей
без ООС	1			S1 -вкл S2 -выкл
330				S1 - выкл S2 -выкл
200				S1 - выкл S2 -вкл

6.4 Исследование амплитудной характеристики.

6.4.1Установить на генераторе сигналов входное напряжение 0,5мВ и частоту 1кГц. Выбрать положение ключей S₁ и S₂ , соответствующее более глубокой ООС. Изменяя напряжение на генераторе в соответствии с таблицей 2, измерьте напряжение на выходе усилителя. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

Установив ключи в положение S₁ – вкл и S₂ – выкл, устранить ООС в усилителе. Изменяя напряжение на генераторе в соответствии с таблицей 2, измерьте напряжение на выходе усилителя без ООС. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

Таблица 2

с ООС	UВХ, мВ	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
	UВЫХ, В
без ООС	UВХ, мВ	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
	UВЫХ, В

6.5 Исследование амплитудно-частотной характеристики.

6.5.1 Установить на генераторе напряжение входного сигнала 1мВ. Отключить цепь ООС (S₁ – вкл и S₂ – выкл). Изменяя частоту в соответствии с таблицей 3, измерьте напряжение на выходе усилителя. Результаты измерений занести в таблицу 3. Повторить измерения при подключенном сопротивлении ООС (R₂ +R₃) =330 Ом.

Таблица3

f, Гц

RООС, Ом

50

80

100

160

400

103

2*103

4*103

6.3*103

8*103

104

UВЫХ, В

без ООС

Y, дБ

UВЫХ, В

330 Ом

Y, дБ

6.6 По результатам измерений:

6.6.1 Рассчитать относительное усиление на каждой частоте по формуле:

, (2)

где U_ВЫХ – выходное напряжение на исследуемой частоте, В;

U_ВЫХ.СР – максимальное значение выходного напряжения на средней частоте, В.

Результаты расчётов занесите в таблицу 3.

6.6.2 По результатам измерений и вычислений (таблица 2 и таблица 3) построить графики: U_ВЫХ = f (U_ВХ), при f=1кГц (с ООС и без ООС в одной системе координат) и две характеристики Y, дБ = f ( f ), при U_ВХ = const (с ООС и без ООС) также в одной системе координат.

6.6.3 Для построения АЧХ воспользуйтесь логарифмическим масштабом оси частот (таблица 4).

6.6.4 Сделайте выводы по результатам работы.

Таблица 4

f, Гц	50	80	100	160	400	103	2*103	4*103	6.3*103	8*103	104
х, см	2,7	3,6	4	4,8	6,4	8	9,2	10,4	11,19	11,61	12

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 Как повлияла ООС на коэффициент усиления усилителя?

8.2 Как повлияла ООС на форму АЧХ?

8.3 Как повлияла ООС на динамический диапазон?

8.4 Как изменится диапазон рабочих частот при введении ООС?

8.5 Как повлияла ООС на линейные искажения?

8.6 Как повлияла ООС на нелинейные искажения?

8.7 Что называется глубиной ООС?

Приложение А

(информационное)

Обратная связь (ОС) в усилителе – пассивный четырехполюсник, через который сигнал (или его часть) с выхода усилителя передается обратно на вход.

Различают два вида ОС – положительную (ПОС) и отрицательную (ООС), отличающиеся друг от друга тем, что при ПОС сигнал из цепи ОС подводится на вход усилителя в одинаковой фазе с входным сигналом, поступающим от источника сигнала, а при ООС сигнал из цепи ОС подводится на вход усилителя в противофазе фазе с входным сигналом, поступающим от источника сигнала. В зависимости от вида ОС она оказывает различное влияние на усилительные свойства и качественные показатели усилителя.

Мера воздействия цепи ОС на показатели усилителя характеризуется показателем глубина обратной связи А=1+βК,

где β- коэффициент передачи цепи ОС, К – коэффициент усиления усилителя.

Таблица 1А- Классификация ОС и влияние ее на коэффициент усиления

Вид ОС	ПОС	ООС
Глубина обратной связи	А=1- βК	А=1+βК
Сдвиг фаз между Uвх и Uос	φ = 0о	φ = 180о
Влияние на коэффициент усиления	Кпос =	Коос =
Усилительные свойства и искажения сигнала	Усилительные свойства и искажения сигнала увеличиваются	Усилительные свойства и искажения сигнала уменьшаются

На первый взгляд ПОС оказывает благоприятное действие на усилительные свойства, увеличивая коэффициент усиления охваченного ею усилителя. Но есть опасность обращения знаменателя дроби (1- βК) в ноль при условии , что βК→ 1, что реально для усилителя грозит потерей устойчивости и превращением его в генератор собственных шумов. Также ПОС ухудшает качество сигнала, увеличивая все виды помех и искажений. Таким образом, в усилителях используется в основном ООС, несмотря на то, что уменьшает усилительные свойства, но улучшает качество выходного сигнала.

По цепи ОС может передаваться только постоянная составляющая, только переменная составляющая, или обе составляющих, что зависит от состава элементов в ее цепи. От вида ООС по этому признаку зависит сфера воздействия на показатели усилителя. Например, воздействие, отраженное в таблице 1А, оказывает только ООС по переменной составляющей, тогда как, ООС по постоянной составляющей не окажет никакого влияния. И, наоборот, ООС по постоянной составляющей сделает режим работы усилительного элемента более стабильным, а ООС по переменной составляющей не окажет на режим никакого влияния.

Цепи ОС могут подключаться к выходу и входу усилителя последовательно или параллельно. По этому признаку различают четыре основных вида ОС, эта классификация отражена таблице 2А. В зависимости от способа ввода меняется входное сопротивление усилителя, а от способа снятия - выходное сопротивление.

Таблица 2А

Вид ООС	H	Y	Z	K
способ ввода ОС	последовательный	параллельный	последовательный	параллельный
способ снятия ОС	по напряжению (параллельно нагрузке)	по напряжению (параллельно нагрузке)	по току (последовательно нагрузке)	по току (последовательно нагрузке)
Rвх	увеличивается	уменьшается	увеличивается	уменьшается
Rвых	уменьшается	уменьшается	увеличивается	увеличивается

Желаемое изменение согласующих свойств усилителя в таблице 2А

выделено жирным шрифтом. Легко заметить, что наиболее благоприятно на согласующие свойства усилителя влияет ООС по переменной составляющей H – типа, а К- связь, наоборот, неблагоприятно скажется на согласующих свойствах усилителя.

Уменьшая искажения любого вида, ООС по переменной составляющей изменяет вид основных характеристик усилителя - АЧХ и амплитудной характеристики, расширяя динамический диапазон и диапазон рабочих частот.

Лабораторная работа №8

жүктеу/скачать 0.63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: