Лабораторная работа №2 Исследование усилителей с обратной связью

Цель работы: Моделирование схем усилей с обратной связью, изучение влияния обратной связи на выходные характеристики.

Задание 1.2.1. Исследование двухкаскадного усилителя с обратной связью

Для исследования двухкаскадного усилителя с обратной связью собрать схему, приведенную на рисунке 1.2.1.

Элементы двухкаскадного усилителя

R1 – сопротивление источника сигнала

С1, С2, С5 - элементы межкаскадной связи, разделительные конденсаторы, передающие на вход каскада переменную составляющую сигнала;

R2 и R3, R6 и R7, - делитель в цепи базы, служит для создания напряжения смещения на базе (напряжение в точке покоя);

Rк (R4, R8) - резисторы в коллекторной цепях, служат для выделения усиленного сигнала и через них подается питание на коллектор,

Rэ (R5, R9)- резистор эмиттерной стабилизации, служит для стабилизации рабочего режима транзистора и создает в каскаде местную отрицательную обратную связь по постоянному току.

Сэ (C4, C3) – шунтирующие конденсаторы создают путь для переменной составляющей тока транзистора, устраняют ООС по переменному току, которая стабилизирует режим работы транзистора, но уменьшает коэффициент усиления.

R_н(R₁₁, R₁₂) – сопротивление нагрузки

Сн(С₇) – емкость нагрузки.

Рисунок 1.2.1 – Принципиальная схема двухкаскадного усилителя

с обратной связью

1) В генераторе импульсов (XFG1) настроить частоту f = 1кГц, выбрать сопротивлении нагрузки 1кОм, снять амплитудные характеристики усилителя при наличии / отсутствии обратной связи, испльзуя переключатель S2.

Полученые измерения занести в таблицу 1.2.1.

Таблица 1.2.1. – Зависимость амплитудной характеристики от наличия ОС

Umвх, мВ
Umвых, В; без ОС
Umвых, В; с ОС

Построить графики зависимостей.

2) Снять амплитудно-частотные характеристики усилителя при наличии / отсутствии обратной связи при том же значении сопротивления нагрузки. Определить верхнюю и нижнюю частоты рабочего диапазона.

Для определения верхней и нижней частот рабочего диапазона на панели выбрать simulateanalysesAC analyses, как показано на рисунке 1.2.2. Откроется окно AC analyses. В этом окне открыть вкладку Output для выбора точки моделирования (в данном случае это точка V(12)). Для ее определения на схеме два раза щелкнуть клавишей левой кнопки мыши на линии, выделенной прямоугольником на рисунке 1.2.2., и в строке net name и есть имя проводника.

После добавления точки моделирования в окне AC analyses нажать кнопку simulate. Получаем два графика: верхний соответствует амплитудной характеристике, нижний-частотной характеристике. На частотной характеристике значение верхней линии умножаем на 0,707, разводим два курсора по разные стороны. Это и есть значения нижней и верхней частот, на рисунке 1.2.3 они выделены прямоугольниками.

Рисунок 1.2.2 Настройка панели для определения частоты рабочего диапазона

Рисунок 1.2.3 Определения верхней и нижней частот

Повторить проделанные манипуляции с использованием обратной связи.

Для получения амплитудно-частотной характеристики заполнить таблицу 1.2.2.

Таблица 1.2.2 – Зависимости АЧХ от частоты при наличии / отсутствии ОС

f, кГц
Umвых, В; без ОС
Umвых, В; с ОС

По полученым значениям построить графики зависимостей.

3) используя приведенные в лабораторной работе №1 формулы, расчитать входное и выходное сопротивления при наличии/отсутствии обратной связи, используя частоту f = 1 кГц.

4) при наличии / отсутствии обратной связи измерить изменение сквозного коэффициента усиления в зависимости от значений сопротивления нагрузки используя частоту f = 1 кГц.

Задание 1.2.2. Исследование эмиттерного повторителя

Для исследования эмиттерного повторителя собрать схему, приведенную на рисунке 1.2.4.

Рисунок 1.2.4. Принципиальная схема эмиттерного повторителя

1) Выбрать тип транзистора. Выбирается транзистор по допустимым напряжению U_кэ, току I_к и мощности рассеяния P_кдоп, удовлетворяющей условию fh_21э » f_в, где fh_21э –предельная частота, f_в – верхняя частота рабочего диапазона.

2) При включении транзистора по схеме с общим коллектором параметры h_к рассчитываются следующим образом:

3) для рассчета сопротивления резистора в цепи R_э и номиналов резисторов R_б1, R_б2 в цепи смещения базы используются приведенные ниже формулы.

, где U_Rэ может быть определено из соотношения

, а ток покоя I_ок ≈ I_н + (5 ÷ 10)I_ко,

где ток нагрузки ;

I_ко – обратный (неуправляемый) ток коллектора.

Ток делителя цепи смещения базы определяется из соотношения , где .

Сопротивления делителя смещения:

, ,

где U_об – напряжение смещения базы.

Определение сопротивление эмиттерного повторителя:

- без учета делителя R_б: r_вх ≅ h_11к + h_21к ∙ R_э~;

- с учетом делителя: R_вх = r_вх||R_б;

где R_э~ = R_э||R_н – сопротивление нагрузки эмиттера по переменному току;

R_б = R_б1||R_б2.

Если после проведенных рассчетов величина входного сопротивления R_вх получится меньше заданной, тогда необходимо увеличить сопротивление эмиттера R_э и увеличить до максимально возможной величины напряжение сопротивления эмиттера U_Rэ, или выбрать транзистор с большим значением статического коэффициента h_21э и провести расчет заново.

Выходное сопротивление .

Коэффициент усиления по напряжению:

Напряжение сигнала на нагрузке: , где – коэффициент передачи напряжения источника сигнала во внутреннюю цепь.

Емкости разделительных конденсаторов: ; , где М_н – коэффициент частотных искажений на нижней частоте рабочего диапазона.

4) Снять АЧХ эмиттерного повторителя, измерить его выходное и входное сопротивления. Амплитуду сигнала на входе установить U_mвх = 1 В.

Таблица 2.3 – Таблица для снятия АЧХ эмиттерного повторителя.

f, кГц	0,03	0,05	0,1	0,15	0,4	1	10	20	50	100	300	600	1300
Umвых, В

Построить график зависимости амплитуды выходного напряжения от частоты эмиттерного повторитель