Порядок выполнения работы

Предварительный усилитель с емкостными связями

Цель работы

Изучить работу усилителя предварительного усиления с емкостными связями.

Домашнее задание

Для схемы усилителя, приведенной на рис. 14, определите теоретическое значение коэффициента усиления по напряжению , полагая внутреннее сопротивление источника сигнала близким к нулю и при R_c=R_вх. Коэффициенты усиления определите в режиме холостого хода (R_n=∞) и при R_n = R_k. , , .При расчете используйте результаты предыдущих работ: "Статические характеристики и параметры биполярного транзистора" и "Режим работы транзистора по постоянному току".

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему усилителя (рис. 14). Сопротивления резисторов Rb1, Rb2 и Rk и напряжение источника коллекторного питания Е_К установите равными значениям, определенным в работе по исследованию режима работы транзистора по постоянному току, емкость С1=5 мкФ, С2 = 5 мкФ. Сопротивление нагрузки R_n = R_k, сопротивление источника сигнала R_с=0 Ом. Амперметр I_vh и вольтметр Un должны быть включены в режиме измерения переменного тока (АС), а вольтметры Ub, Uk и амперметр Ik – в режиме измерения постоянного тока (DC). Сопротивление амперметров – 0,01 Ом, вольтметров – 10 МОм. Установите значение Еk равнымвыбранному в предыдущей работе. Напряжение источника сигнала Е_C установите равным 1 мВ, его частоту – 10 кГц. Включите режим моделирования и убедитесь, что положение рабочей точки соответствует выбранному в предыдущей работе. Запишите параметры усилителя: тип транзистора и его параметры, Е_К, U_КЭ, U_бЭ, Rk, Rn, Rb1, Rb2, С1, С2, теоретические значения К_u, R_вх и R_вых (теоретически R_вых=R_k). Параметры транзистора вы определили в работе «Статические характеристики и параметры биполярного транзистора. Схема с ОЭ».

2. Двойным щелчком включите осциллограф, установите его входы в режим отображения сигнала переменного тока (АС), параметры развертки лучей установите соответствующими сигналам на его входах. Изменяя значение сигнала на входе усилителя от 1 мВ до значения Е_С_max, при котором будут хорошо видны искажения сигнала на выходе усилителя, снимите его амплитудную характеристику U_Н = f(Е_С). Е_С_max может лежать в диапазоне от 20 до 200 мВ. При изменении Ес корректируйте настройки осциллографа, чтобы изображение по вертикальной оси не выходило за пределы экрана. Результаты измерений занесите в таб. 12. В таблице приведен примерный ряд значений Ес. Постройте график амплитудной характеристики.

Таблица 12

Е_C, мВ

И т.д.

U_Н, В

3. Установить Е_С такой величины, чтобы напряжение Un было около 1 В. Обозначим это значение через Е_СНОМ. Запишите значения Е_СНОМ и Un. Определите коэффициент усиления К_U=Un/Еc. Сравните полученное значение с теоретическим.

Измерьте входной ток усилителя I_С и определите его входное сопротивление R_ВХ = Е_С/I_С. Объясните причину отличия полученного значения от теоретического.

Определите мощность, потребляемую усилителем от источника сигнала Р_С = Е_C·I_С, а также мощность, выделяемую в нагрузке . Определите коэффициент усиления по мощности К_Р = Рn/Р_С.

Отключите сопротивление нагрузки от выхода усилителя и измерьте напряжение холостого хода Un_ХХ. Вновь подключите резистор нагрузки. Определите выходное сопротивление усилителя , где Un – напряжение на выходе усилителя при подключенном сопротивлении R_n; U_n_хх – напряжение холостого хода усилителя (R_n=∞)/.

4. Уменьшите напряжение Е_k на 5 % и измерьте K_U. Определите относительное изменение коэффициента усиления .

Восстановите прежнее значение напряжения Е_К.

5. Снимите амплитудно- и фазочастотные характеристики усилителя используя инструменты MS9. Для этого выберите в меню опцию частотного анализа Simulate/Analyses/AC Analysis и на вкладке Frequency Parameters задайте диапазон частот для анализа. Рекомендуется установить значение FSTART равное 20Гц, FSTOP – 20МГц. По оси частот (Sweep type) установить логарифмическую шкалу (Decade – десятичный логарифм), по оси абсцисс (Vertical scale) – линейную шкалу (Linear). Для получения плавных кривых рекомендуется установить значение Number of points per decade равным 100 или 200, но не более.

После этого перейдите на вкладку Output. В окне Variables in circuit выберите номер выходной цепи усилителя (цепь, подключенная к сопротивлению нагрузки) и нажмите кнопку Add. Выбранный номер отобразится в правом окне. Затем нажмите кнопку Simulate. Откроется окно, в котором вы увидите два графика: верхний – АЧХ, нижний – ФЧХ (при необходимости скорректируйте значения начальной и конечной частот). MS9 отображает значение разности фаз в диапазоне ±180^о. Рекомендуется "растянуть" окно так, чтобы оно занимало большую часть экрана.

Щелкните ЛКМ по графику АЧХ и нажмите кнопку . Появятся два маркера и откроется информационное окно, в котором через х1 и х2 обозначены частоты, соответствующие положениям первого и второго маркеров, а через у1 и у2 – значения коэффициента усиления. Перемещая один из маркеров, определите максимальное в диапазоне частот значение коэффициента усиления К₀ и соответствующую частоту f₀. Определите коэффициент усиления, соответствующий значениям граничных частот Ku_ГР = 0,707K₀. Перемещая один из маркеров сначала в область низких, а затем – высоких частот, определите нижнюю (f_Н) и верхнюю (f_В) граничные частоты.

Активизируйте щелчком ЛКМ график ФЧХ. Включите маркеры и, последовательно устанавливая их на частоты f_Н,, f₀, и f_В, определите фазовый сдвиг на этих частотах.

6. Определите влияние температуры на работу усилителя.

Установите на входе усилителя значение сигнала равное Е_СНОМ. Выберите в меню анализа опцию Simulate/Analyses/Temperature Sweep, на вкладке Analysis Parameters задайте начальное 27^оС и конечное 60^оС значения температуры. Нажмите кнопку More и в выпадающем списке Analysis to sweep выберите вариант DC Operating Point. Затем перейдите на вкладку Output, нажмите клавишу More и ставшую доступной кнопку . Из списка Parameterвыберите цепи, подключенной к коллектору транзистора (на рис. 14 цепь 6), и нажмите ОК. Перенесите обозначение цепи в окно . Нажмите кнопку Simulate.

В открывшемся окне будет показано значение напряжения коллектора при заданных температурах. Запишите эти значения.

Теперь получим осциллограммы напряжений на коллекторе при тех же температурах. Для этого в окне выберем значение и нажмем кнопку Simulate/откроется окно Grapher View. Установите шкалу по оси напряжений от 0 до E_k. Нажмите кнопки в верхней части экрана для отображения сетки и индикации цвета осциллограмм. В отчете укажите на осциллограммах положение рабочей точки (U_k⁰) для обоих значений температуры.

7. Введите отрицательную обратную связь (ООС). Для этого включите в цепь эмиттера сопротивление R_Э= 0,01*Rk , как показано на рис. 15. Определите коэффициент усиления Ku. Повторите п. 6. Объясните отличия от результатов предыдущих измерений.

7. Подключите параллельно резистору R_Э конденсатор емкостью 500 мкФ. Определите коэффициент усиления Ku. Повторить п. 6. Объясните отличия от результатов предыдущих измерений.

4.4. Содержание отчета:

- параметры используемого транзистора;

- схема усилителя, параметры элементов, режим по постоянному току, расчет коэффициента усиления по напряжению;

- график амплитудной характеристики, значения граничных частот, объяснить причины уменьшения коэффициента усиления в диапазонах низких (fн) и высоких (fв) частот;

- определение коэффициента усиления, входного и выходного сопротивлений для всех рассмотренных вариантов;

- Влияние ООС на параметры усилителя;

- выводы по результатам работы.

тип транзистора 2N4400 и его параметры, Е_К=12В, U_КЭ=6,14В, U_бЭ=0,653В, Rk2,36кОм, Rn=2,36кОм, Rb1=66,7кОм, Rb2=4,8кОм, С1=С2=10мкФ, еоретические

Таблица 12