Міністерство освіти і науки України
Дрогобицький механіко-технологічний коледж
Лабораторія основ електроніки і мікроелектроніки
Затверджую:
Заст. директора з навчальної роботи
_______ Ренжин П.М. “___”____2009р.
Лабораторна робота № 10
Дослідження підсилювача з елементами зворотного зв’язку
Розглянуто на засіданні ЦК
___________Протокол № __
“___” ____ 2009р. Голова ЦК ______
Дрогобич 2009 р.
1.МЕТА РОБОТИ : Вивчення роботи резистивного каскаду підсилення сигналів низької частоти з елементами зворотного зв’язку шляхом зняття його амплітудних характеристик .
2.СХЕМА МАКЕТА :
3.ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ :
Зворотнім зв’язком називається такий елемент зв’язок; при якому частина енергії підсиленого сигналу з виходу підсилювача подається знову на його вхід. Зворотній зв’язок може бути корисним ,якщо він виникає в результаті застосування спеціальних схем для поліпшення властивостей підсилювача ,або паразитним ,якщо він виникає в наслідок небажаного впливу різних кіл одне на одне.
На рис. 1. Показано різні способи відімкнення кола зворотного з зв’язку до вхідного і вихідного кіл підсилювача.
Рис.1.
Елемент схеми позначений буквою β ,є елементом зворотного зв’язку , завдяки якому частина напруги з виходу підсилювача попадає знову на його вхід . Якщо коло зворотного зв’язку під’єднується до виходу підсилювача ,паралельно його навантаженню ,то напруга зворотного зв’язку ,буде прямо пропорційною напрузі на виході ; такий зв’язок називається зворотнім зв’язком за напругою /рис.1. а/. Якщо коло зворотного зв’язку підімкнено до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням , то напруга прямо пропорційною струму в навантаженні ;такий зворотній зв’язок називається зворотнім за струмом ./рис.1, б/. Можлива комбінація цих способів відімкнення кола зворотного зв’язку до виходу ,при якій напруга складається з двох складових ,пропорційних вихідні напрузі і струму ; такий зворотній зв’язок називається змішаним . Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до виходу підсилювача послідовно з джерелом вхідного сигналу ,то зворотній зв’язок називається послідовним /рис.1, а/. Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до входу паралельно джерелу сигналу ,то зворотній зв’язок називається паралельним /рис.1 б/.
Зворотній зв’язок може бути позитивний або негативним . Позитивний зворотній зв’язок виникає тоді коли напруга зворотного зв’язку збігається за фазою з вхідною напругою . Негативним зворотним зв’язком називається такий зв’язок між виходом і входом підсилювача ,коли напруга зворотного протилежна за фазою вхідній напрузі ,тобто ці напруги зсунуті між собою за фазою на 180. Найпоширенішими у підсилювачах є послідовний негативний зворотній зв’язок за напругою .
Вплив негативного зворотного зв’язку на основні показники підсилювача : =
Коефіцієнт підсилення зменшується в раз ;
Нелінійні спотворення зменшується в раз ;
Частотні спотворення зменшується в на нижніх частотах в раз на верхніх частинах відповідно .
Крім цього , при від’ємному зворотному зв’язку стабільність роботи каскаду покращується .
Не дивлячись на зменшення підсилення ,негативний зворотній зв'язок широко використовується в підсилювачах тому ,що при його введені вдається покращити ряд інших параметрів .Так негативний зворотний зв'язок зменшує спотворення і перешкоди ,що вносяться підсилювальним каскадом, в /I+β*K/ раз. Введення негативного зворотного зв’язку дозволяє одержати більш рівномірну частотну характеристику підсилювача і покращити стабільність коефіцієнта підсилення підсилювача. Крім цього послідовний негативний зворотній зв'язок збільшує вхідний опір в (1+β*К) раз.
Широке застосування одержали дві схеми підсилювачів з негативним зворотнім зв’язком . В першій з них /рис.2/ паралельний негативний зв'язок за напругою забезпечується ввімкненням резистора в коло колектора . Перевага цього варіанту в тім ,що для одержання негативного зворотного зв’язку непотрібно вводити додаткові елементи ,а лише підімкнути резистор до колектора транзистора . Але в цій схемі знижується вхідний опір підсилювача, що негативно впливає на його якісні показники .
Цього недоліку позбавлена схема підсилювача з послідовним негативним зворотнім зв’язком за струмом /рис.3/.
Рис.1 Рис.2
Для одержання негативного зворотного зв’язку достатньо в підсилювальному каскаді не шунтувати резистор конденсатором .При цьому, крім негативного зворотного зв’язку за постійним струмом ,виникне також негативний зворотній зв'язок за змінним струмом .Підсилювач , схема якого приведена на рис.3,одержав практичне застосування в електронні схемотехніці.
4.ПОРЯДОК СКЛАДАННЯ СХЕМИ.
Подати на макет напругу живлення 9В. Вхід підсилювача з’єднати з виходом звукового генератора , а на вихід підсилювача ввімкнути електронний вольтметр і осцилограф. Після перевірки схеми ввімкнути стенд і вимірювані прилади .
5.ЗНІМАННЯ АМПЛІТУДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПІДСИЛЮВАЧА.
Зняття залежності при постійній частоті вхідного сигналу для підсилювача ,що знаходиться в таких режимах роботи :без зворотного зв’язку ; з паралельним негативним зворотним зв’язком за напругою ; з послідовним негативним зворотним зв’язком за струмом і з введенням негативних зворотних зв’язків одночасно.
5.1.Зніманя амплітудної характеристики підсилювача без зворотного зв’язку .Для цього перемикач SA встановити в положення “ 1 “ і за коротити між собою клеми Х1,Х2 .Встановити частоту генератора рівну 1000 Гц. З генератора на вхід підсилювача послідовно подати так значення напруги 0,5; 1 ; 5 ; 10 ; 30 ; 50 ; 100 ; 200 ; 400 ; 500 мВ і за допомогою електронного вольтметра провести вимірювання вихідної напруги . На екрані осцилографа спостерігати за формою вихідної напруги підсилювача .Дані досліду записати у
табл.1.
SA→1
, мВ
X1,Х2-закорочені
, В
SA→1
, мВ
Х1,Х2-розімкті
, В
SA→2
, мВ
Х1,Х2-розімкті
, В
Таблиця 1
5.2. Знімання амплітудної характеристики підсилювача з паралельним негативом зворотнім зв’язком за напругою. Для цього перемикач SA встановити в положення “ 2 “ ,а клеми Х1,Х2 залишити закороченими. Повністю повторити дослід ,описаний в п.5.1.
5.3.Знімання амплітудної характеристики підсилювача з послідовним негативним зворотним зв’язком за струмом. Для цього перемикач SA встановити в положення “ 1 “ ,а клеми Х1,Х2 розімкнути .Повторити дослід п.5.1.
5.4. Знімання амплітудної характеристики підсилювача з обома негативними зворотними зв’язками . Для цього перемикач SA встановити в положення “ 2 “ , а клеми Х1,Х2 залишити розімкнутими . Повторити дослід , описаний в п.5.1.
6.ЗНІМАННЯ ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПІДСИЛЮВАЧА
Знімання залежності φпри постійній величині вхідного сигналу. Підсилювача без зворотного зв’язку і з наявністю обох зворотних негативних зв’язків.Для цього спочатку перемикач SA встановити в положення “ 1 “ і закоротити клеми Х1,Х2 між собою .Вихідну напругу генератора встановити рівною 50 мВ. Частоту вихідного сигналу генератора послідовно встановити такої величини : 20 ; 50 ; 100 ; 200 ; 500 ; 1000 ; 2000 ; 5000 ; 10000 ; 15000 ; 20000 Гц і з допомогою електронного вольтметра виміряти величину вихідної напруги підсилювача . Дані експерименту записати і табл. 2.
Частоту вихідного сигналу генератора послідовно встановити такої величини : 20 ; 50 ; 100 ; 200 ; 500 ; 1000 ; 2000 ; 5000 ; 10000 ; 15000 ; 20000 Гц і з допомогою електронного вольтметра виміряти величину вихідної напруги підсилювача . Дані експерименту записати і табл. 2.
ƒ , Гц
Lg ƒ
SA→1
X1,Х2- закорочені
, B
K=
SA→2
X1,Х2-розмкнуті
, B
K=
Таблиця 2
Повторити дослід ,встановити перемикач SA в положення “ 2 “ і розімкнути клеми Х1,Х2.
ПРИМІТКИ:
при побудові графіків частотних характеристик на осі абсцис відкладається прологарифмоване значення частоти сигналу , а на ординат –коефіцієнт підсилення K= , де - вихідна напруга генератора / вхідна напруга підсилювача /,рівна 50 мВ.
7.ОБРОБКА ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ
На міліметрову папері побудувати амплітуди і частотні характеристики підсилювача , визначити діапазон сигналу і коефіцієнт частотних спотворень на нижній і верхній частотах для всіх режимів роботи підсилювального каскаду.
Примітка : динамічний діапазон амплітуд визначаємо за формулою
;
Коефіцієнти частотних спотворень на нижній і верхні частотах становить :
, ;
де -коефіцієнт підсилення напруги на середній частоті /1000 Гц /.
коефіцієнт підсилення напруги на нижній частоті /20 Гц/.
- коефіцієнт підсилення напруги на верхній частоті /20000 Гц/.
8.ЗМІСТ ЗВІТУ : Найменування і мета роботи ; принципова електрична схема ; таблиці експереминтальних даних ; графіки амплітудних і частотних характеристик ; результати обчислень ; висновок .
Інструкцію склав викладач __________Щупляк Н.М.