3-Лабораторная_Схемотехника аналоговых устройств
.doc
Министерство образования Российской Федерации
Томский межвузовский центр дистанционного образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
КАСКАДЫ С РАЗЛИЧНЫМИ СХЕМАМИ ВКЛЮЧЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Лабораторная работа № 3
по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»
(Учебное пособие «Аналоговые электронные устройства»,
автор Красько А.С., 2000г.)
Выполнил:
студент ТМЦДО
.
2005г
Содержание
Цель работы .…………………………………………………………..3
1 Характеристики каскада с ОЭ ………………………….……………3
2 Характеристики каскада с ОБ.……………………………………….8
3 Характеристики каскада с ОК ………………………………………13
Цель работы: сравнительное исследование характеристик резисторного каскада на биполярном транзисторе с различными схемами его включения.
-
Характеристики каскада с ОЭ.
С хема исследуемого каскада приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Каскад с ОЭ
Для проведения эксперимента создаем виртуальный лабораторный макет, показанный на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 Схема лабораторного макета каскада с ОЭ
И сходные установки приборов показаны на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 Начальные установки приборов
П одадим на вход каскада гармонический сигнал. Измерим Rвх и Rвых каскада с ОЭ. Для измерения Rвх источник входного сигнала Е подключим ко входу каскада через резистор Rг (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 – Измерение входного сопротивления каскада
Измерим Uвх1 при Rг1 =10 Ом и Uвх2 при Rг2 =1 кОм при неизменном Е.
Rвх вычислим по формуле:
.
Результаты помещены в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 Данные расчета RВХ
ЕГ, мВ |
RГ, Ом |
UВХ, мВ |
RВХ, Ом |
10 |
10 |
9,73 |
380 |
1000 |
2,75 |
Для определения Rвых проведем измерение Uвых при двух значениях Rн, т.е. Uвых1 при Rн1=200 Ом и Uвых2 при Rн2=2 кОм, и далее вычислим Rвых по формуле:
.
Результаты помещены в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 Данные расчета RВЫХ
ЕГ, мВ |
RН, Ом |
UВЫХ, В |
RВЫХ, Ом |
10 |
200 |
0,294 |
168,8 |
2000 |
0,500 |
Снимем АЧХ (рисунок 1.5) при исходных номиналах элементов, указанных на рисунке 1.2.
Рисунок 1.5 – Измерение АЧХ каскада
Результаты измерений К0, fн и fв помещены в таблицу 1.3.
Таблица 1.3 Результаты эксперимента
К0, дБ |
fн, Гц |
fв, мГц |
35,8 |
463 |
8,07 |
Выводы по данному пункту работы.
В результате эксперимента было определено, что каскад с ОЭ осуществляет инверсию фазы входного сигнала на . При подаче на вход положительной полуволны синусоидального сигнала будет возрастать ток базы, а, следовательно, и ток коллектора. В результате напряжение на возрастет, а напряжение на коллекторе уменьшится, т.е. произойдет формирование отрицательной полуволны выходного напряжения.
Для данного каскада
,
где .
Или в логарифмических единицах
.
Входная и выходная проводимости
,
где ;
.
Подставив справочные данные транзистора и номиналы элементов схемы в вышеприведенные формулы, получим значения, которые с большой точностью повторяют экспериментальные.
-
Характеристики каскада с ОБ.
Схема исследуемого каскада приведена на рисунке 2.1.
Р исунок 2.1 – Каскад с ОБ
Д ля проведения эксперимента создаем виртуальный лабораторный макет, показанный на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 Схема лабораторного макета каскада с ОБ
И сходные установки приборов показаны на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 Начальные установки приборов
П одадим на вход каскада гармонический сигнал. Измерим Rвх и Rвых каскада с ОБ. Для измерения Rвх источник входного сигнала Е подключим ко входу каскада через резистор Rг (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 – Измерение входного сопротивления каскада
Измерим Uвх1 при Rг1 =10 Ом и Uвх2 при Rг2 =1 кОм при неизменном Е.
Rвх вычислим по формуле:
.
Результаты помещены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 Данные расчета RВХ
ЕГ, мВ |
RГ, Ом |
UВХ, мВ |
RВХ, Ом |
10 |
10 |
1,83 |
24,7 |
1000 |
0,062 |
Для определения Rвых проведем измерение Uвых при двух значениях Rн, т.е. Uвых1 при Rн1=200 Ом и Uвых2 при Rн2=2 кОм, и далее вычислим Rвых по формуле:
.
Результаты помещены в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 Данные расчета RВЫХ
ЕГ, мВ |
RН, Ом |
UВЫХ, В |
RВЫХ, Ом |
10 |
200 |
0,061 |
204,8 |
2000 |
0,112 |
Снимем АЧХ (рисунок 2.5) при исходных номиналах элементов, указанных на рисунке 2.2.
Рисунок 2.5 АЧХ каскада с ОБ
Результаты измерений К0, fн и fв помещены в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 Результаты эксперимента
К0, дБ |
fн, кГц |
fв, мГц |
35,7 |
52,5 |
8,05 |
Выводы по данному пункту работы.
В результате эксперимента было определено, что каскад с ОБ не инвертирует входной сигнал. При подаче на эмиттер положительной полуволны синусоидального входного сигнала будет уменьшаться ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора. В результате падение напряжение на уменьшится, а напряжение на коллекторе увеличится, т.е. произойдет формирование положительной полуволны выходного синусоидального напряжения.
Для данного каскада
,
где .
Или в логарифмических единицах
.
Входная и выходная проводимости
,
где , обычно .
.
Сравнивая результаты и теоретические выкладки для каскада с ОБ и ОЭ можно заметить, что коэффициенты усиления по напряжению и выходные сопротивления этих каскадов сопоставимы, а входные различаются на порядок.
Верхняя граничная частота для обоих каскадов одинаковая, а нижняя для каскада с ОБ на два порядка выше, чем у каскада с ОЭ. Т.е. у данного каскада полоса пропускания уже, чем у предыдущего.
Каскад с ОБ называют еще "повторителем тока", т.к. коэффициент передачи по току этого каскада меньше единицы:
.
-
Характеристики каскада с ОК.
Схема исследуемого каскада приведена на рисунке 3.1.
Р исунок 3.1 – Каскад с ОК
Д ля проведения эксперимента создаем виртуальный лабораторный макет, показанный на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 Схема лабораторного макета каскада с ОК
Исходные установки приборов показаны на рисунке 3.3.
Р исунок 3.3 Начальные установки приборов
П одадим на вход каскада гармонический сигнал. Измерим Rвх и Rвых каскада с ОК. Для измерения Rвх источник входного сигнала Е подключим ко входу каскада через резистор Rг (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4 – Измерение входного сопротивления каскада
Измерим Uвх1 при Rг1 =10 Ом и Uвх2 при Rг2 =1 кОм.
Rвх вычислим по формуле:
.
Результаты помещены в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 Данные расчета RВХ
ЕГ, мВ |
RГ, Ом |
UВХ, мВ |
RВХ, Ом |
10 |
10 |
9,99 |
2833 |
1000 |
7,41 |
Для определения Rвых проведем измерение Uвых при двух значениях
Rн, т.е. Uвых1 при Rн1=200 Ом и Uвых2 при Rн2=2 кОм, и далее вычислим
Rвых по формуле:
.
Результаты помещены в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 Данные расчета RВЫХ
ЕГ, мВ |
RН, Ом |
UВЫХ, мВ |
RВЫХ, Ом |
10 |
200 |
9,65 |
5,8 |
2000 |
9,9 |
Снимем АЧХ (рисунок 3.5) при исходных номиналах элементов, указанных на рисунке 3.2.
Рисунок 3.5 АЧХ каскада с ОК
Результаты измерений К0, fн и fв помещены в таблицу 3.3.
Таблица 3.3 Результаты эксперимента
К0, дБ |
fн, Гц |
fв, мГц |
0 |
100 |
675 |
Выводы по данному пункту работы.
В результате эксперимента было определено, что каскад с ОК не инвертирует входной сигнал. При подаче на базу положительной полуволны входного синусоидального сигнала будет увеличиваться ток коллектора и, следовательно, ток эмиттера. В результате падение напряжения на увеличится, т.е. произойдет формирование положительной полуволны выходного напряжения.
Для данного каскада
,
где , - глубина ООС;
,
где - входное сопротивление собственно транзистора,
;
,
где - выходное сопротивление собственно транзистора,
.
Сравнивая результаты и теоретические выкладки для каскада с ОК и предыдущие работы можно заметить, что коэффициент усиления по напряжению каскада с ОК меньше 1, поэтому его называют еще "повторителем напряжения" или "эмиттерным повторителем". Выходное сопротивление каскада низкое (единицы Ом), а входное – высокое (единицы кОм) в отличии от каскадов с ОЭ и ОБ.
Верхняя граничная частота у каскада с ОК значительно выше, а нижняя – ниже, чем у предыдущих каскадов. Т.е. у данного каскада самая широкая полоса пропускания.