Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование




Скачать 100.47 Kb.
НазваниеОтчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование
Дата публикации14.06.2013
Размер100.47 Kb.
ТипОтчет
litcey.ru > Математика > Отчет
Национальный исследовательский университет ресурсоэффективных технологий

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»




Отчет по лабораторной работе №4

по дисциплине ЭЛЕКТРОНИКА

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА ОЭ

Выполнил: студент гр. 8в72

Шевчик М. В.

Проверил: доцент

Рыбин Ю. К.

Томск 2009

ЦЕЛИ РАБОТЫ:

  • овладеть методикой исследования частотных свойств усилительного каскада в программно-аппаратной среде NI ELVIS.

^ ЗАДАЧИ РАБОТЫ:

  • подготовиться к лабораторной работе, т.е. знать и понимать процессы, происходящие в исследуемых схемах;

  • проработать разделы порядка выполнения работы, отвечая по каждому пункту на вопросы: как его реально выполнить? Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?;

  • приобретение навыков исследования усилительного каскада в частотной области (АЧХ, ФЧХ) с использованием функционального генератора (FGEN), осциллографа (Scope) и Боде анализатора (Bode Analyzer);

  • Сравнение частотных и фазовых характеристик каскада при различных значениях его элементов;

  • обработка полученных экспериментальных данных, подготовка и защита отчета.

^ ХОД РАБОТЫ:

3.2. Анализ режима покоя.

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 1. Схема для исследования режима покоя транзистора (R6=2.4 кОм)

Напряжение питания схемы – 8.902 В;

напряжение на коллекторе – 5.464 В;

напряжение на базе – 1.456 В;

напряжение на эмиттере – 0.861 В.

Падение напряжения на коллекторном переходе:

.

Ток покоя в рабочей точке транзистора (Iпок=3.55 мА):



^ Рис. 2. Выходные ВАХ транзистора с нагрузочной прямой по постоянному току и рабочей точкой

Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ:

;

.

^ 3.3. Определение максимальных значений выходного гармонического напряжения.

3.3.1. Теоретическая оценка.

Провели через рабочую точку на выходных ВАХ транзистора нагрузочные прямые по переменному току для двух случаев:

- на холостом ходу (прямая по переменному ходу совпадает с нагрузочной прямой по постоянному ходу);

- с подключенной нагрузкой RL

(первая точка: ;

вторая точка: Ik=0 , Uk=∆U+

;

):



Рис. 3. Выходные ВАХ транзистора с нагрузочными прямыми по переменному току с нагрузкой RL и без нее

Определяем теоретическое значение максимальной амплитуды выходного гармонического напряжения как максимальное расстояние (В) между координатой точки покоя и остаточным напряжением транзистора.

Uxx = 4.3 В;

Url = 2.7 В.
Полученные значения используем как верхний предел амплитуды выходного гармонического сигнала, при котором реализуется линейный режим работы усилительного каскада.

^ 3.3.2. Экспериментальное определение.

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 4. Схема усилительного каскада ОЭ

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжения на холостом ходу и при подключенной нагрузке.

h21 = 51.3;

h11 = 535.4 Ом.
Коэффициенты усиления по напряжению:
На холостом ходу: K = -h21 * Rk / h11 = -51.3 * 1200 / 535.4 = -114.9;
с нагрузкой: K = -h21 * (Rk||RL) / h11 = -72.6.
Ориентировочное значение амплитуды входного напряжения равно:
на холостом ходу: |Uвх| = |Uвых| / |K| = 3.1 / 114.9 = 27 мВ;
с нагрузкой: |Uвх| = |Uвых| / |K| = 1.3 / 72.6 = 18 мВ.
Проведем измерения цифровым осциллографом:

d:\study\электроника\laba4\333.jpg

Рис. 5. График входного и выходного напряжения без нагрузки

d:\study\электроника\laba4\334.jpg

Рис. 6. График входного и выходного напряжения с нагрузкой

Транзистор работает в линейном режиме, т.к. не наблюдается отсечки сигнала. При подключении нагрузки амплитуда выходного напряжения уменьшается.

Увеличим входное напряжение каскада:

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 7. Временные диаграммы входного и выходного напряжения

Отсечка появляется в нижней полуволне сигнала. Это объясняется ограничением значения максимальной амплитуды выходного сигнала.

^ 3.4. Исследование АЧХ и ФЧХ усилительного каскада ОЭ

3.4.1. Получение характеристик базового варианта.

Результаты обработки экспериментальных данных:

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 8. АЧХ и ФЧХ на низких и средних частотах

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 9. АЧХ и ФЧХ на высоких частотах

Теоретические расчеты коэффициента усиления:


где = С1*(Rг + Rвх) = 10 * 10^-6 * (80 + 454.3) = 5.3 (мс);



где = С2 *(Rн + Rвых) = 10 * 10^-6 * (2400 + 1200) =36 (мс);


где S = h21 / h11 = 0.095;
Суммарный коэффициент усиления определяется как:


Проведем теоретическую оценку для следующих частот:

50 Гц:






Суммарный теоретический коэффициент усиления для базового варианта будет равен при частоте 50 Гц: 0.1.
100 Гц:






Суммарный теоретический коэффициент усиления для базового варианта будет равен при частоте 100 Гц: 0.91

Сравним теперь теоретические значения с экспериментальными данными:

Коэффициент усиления для средних частот K0 = 37 ДБ = 10^37/20 = 70.8

Коэффициент усиления для частоты 50 Гц K1 = 34 ДБ = 50.1

Коэффициент усиления для частоты 100 Гц K2 = 36 ДБ = 63.1

В эксперименте получили следующие отношения:
50 Гц: |K|/K0 = 0.708

100 Гц: |K|/K0 = 0.891

^ 3.4.2. Исследование изменений характеристик каскада из-за влияния выходного разделительного конденсатора.

Вместо конденсатора C4 подключим C3. Проведем измерения аналогично предыдущему пункту:

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 10. АЧХ и ФЧХ на низких и средних частотах

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 11. АЧХ и ФЧХ на высоких частотах

Изменения второй временной постоянной:

= С2*(Rн + Rвых) = 1 * 10^-6 * (2400 + 1200) =3.6 (мс);
Проведем теоретическую оценку для следующих частот:

50 Гц -
Суммарный теоретический коэффициент усиления для базового варианта будет равен при частоте 50 Гц: 0,534.
100 Гц -
Суммарный теоретический коэффициент усиления для базового варианта будет равен при частоте 100 Гц: 0,832.

Коэффициент усиления для средних частот K0 = 37 ДБ = 10^37/20 = 70,8.

Коэффициент усиления для частоты 50 Гц K1 = 31.5 ДБ = 37,6.

Коэффициент усиления для частоты 100 Гц K2 = 35.5 ДБ = 58,9.

В эксперименте получили следующие отношения:
50 Гц: |K|/K0 = 0,529;

100 Гц: |K|/K0 = 0,839.

Уменьшение емкости разделительных конденсаторов влечет за собой уменьшение коэффициента усиления в области низких частот. Из графиков, уменьшение разделительной емкости приводит к уменьшению фазового сдвига на низких и средних частотах.

^ 3.4.3. Исследование изменений характеристик каскада из-за подключения к выходу каскада дополнительной емкости нагрузки.

Введем теперь в цепь конденсатор C6 емкостью 47 нФ параллельно нагрузке.

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 12. АЧХ и ФЧХ на низких и средних частотах

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 13. АЧХ и ФЧХ на высоких частотах

В области высоких частот происходит резкое уменьшение коэффициента усиления из-за того, что падает сопротивление емкости, подключенной параллельно нагрузке. В области низких и средних частот влияние емкости невелико из-за того, что она обладает на этих частотах высоким сопротивлением. Добавление конденсатора параллельного нагрузке увеличивает фазовый сдвиг в области высоких частот.

^ 3.4.4. Исследование изменений характеристик каскада из-за введения отрицательной обратной связи.

Уберем теперь из цепи шунтирующий конденсатор C5, (появляется последовательная отрицательная обратная связь по току).

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 14. АЧХ и ФЧХ на низких и средних частотах

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 15. АЧХ и ФЧХ на высоких частотах

При введении ООС коэффициент усиления на средних частотах стал равен K0 = 8 ДБ = 2,5. Отсюда для последовательной отрицательной обратной связи по току формула, определяющая коэффициент усиления: Kос = K / (1+bK), где b – коэффициент обратной связи
b = (K/Kос -1)/K = 0,39.
Использование отрицательной обратной связи снижает коэффициент усиления, который зависит от коэффициента обратной связи, тем самым сглаживая искажения, вызываемые различным неточностями указанных параметров транзисторов, и искажения вызванные изменениями характеристик транзисторов по причине различных факторов.

^ 3.4.5. Определение Rвх и Rвых.

c:\documents and settings\say_goodbye\рабочий стол\безымянный.bmp

Рис. 16. Схема вычисления входного и выходного сопротивления

Для нахождения входного сопротивления дополнительно используем резистор R1 с сопротивлением 2,2 кОм. Обеспечим линейный режим работы каскада. И, не меняя значения E, сначала измерим выходное напряжение, затем, подключив источник сигнала через резистор R1, снимем выходное напряжение. Зная усиление K0 = Uвых1/E,

найдем Uвых2 = K0 * Rвх * E / (R1 + Rвх) = Uвых1 Rвх / (R1 + Rвх);

Uвых1 = 3.40 В;

Uвых2 = 0.60 В;

Rвх = R1 * Uвых2 / (Uвых1 – Uвых2) = 2.2*103*0,60/2,79= 488.5 Ом.

Теоретическое значение Rвх = RБ||h11Э = (R1||R2) || h11Э = 2069 || 535.4 = 454.0 Ом.

Определим выходное сопротивление, измерив выходное напряжения на холостом ходу, и с подключенной нагрузкой RL. Из проведенного эксперимента можно составить систему из двух уравнений.

Uвых1 = 7.9 В; Uвых2 = 5.2 В;

Rвых = RL*(Uвых1/Uвых2 – 1) = 2.4 * 10^3 * (7.9/5.2 – 1) = 1.25 кОм.

Теоретическое значение Rвых = Rк = 1.2 кОм.

Похожие:

Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №2 «Исследование диодных схем» по дисциплине «Электроника»
Подготовиться к лабораторной работе, т е знать и понимать процессы, происходящие в исследуемых схемах
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №2 по дисциплине электроника исследование диодных схем
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconИсследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника»
Направление – Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconИсследование диодных схем Отчет о лабораторной работе №2 по курсу «Электроника»
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника “
Что должно быть получено в результате его выполнения (прогнозируемый результат)?
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №1 по дисциплине электроника введение в ni elvis
График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением. U=I*R (закон Ома)
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №5 по дисциплине электроника функциональное применение оу
График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением. U=I*R (закон Ома)
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №1 по дисциплине электроника студент гр. 8в83
График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением. U=I*R (закон Ома)
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconОтчет по лабораторной работе №5 по дисциплине электроника функциональное применение оу
График в виде прямой, так как прямая зависимость между сопротивлением, силой тока и напряжением. U=I*R (закон Ома)
Отчет по лабораторной работе №4 по дисциплине электроника исследование iconИсследование усилительного каскада оэ отчет о лабораторной работе №4 по курсу «Электроника»
Цель работы: овладение методикой исследования частотных свойств усилительного каскада в программно-аппаратной среде ni elvis
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница