Устройств (амплитудная характеристика, нелинейные искажения, динамический диапазон) »
Продолжительность проведения – 2 часа
Цели и задачи практической работы
Цель:закрепление теоретических знаний по теме «Аналоговые коммутаторы на биполярных транзисторах Усилители сигналов и их классификация» и приобретение практических навыков расчета качественных показателей аналоговых электронных устройств (амплитудная характеристика, нелинейные искажения, динамический диапазон)
Задачи:сформировать умение рассчитывать параметры усилителя (амплитудная характеристика, нелинейные искажения, динамический диапазон) по заданным, умение пользоваться справочной литературой, научить студентов применять теоретические знания на практик, организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
Материалы, оборудование, ТСО, программное обеспечение: рабочая тетрадь, распечатанное вариативное задание
Литература, информационное обеспечение:
1. Берикашвили В.Ш. Электронная техника: учебник для студ.учреждений сред.проф.образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2018. – 386 с.
2. Москатов Е.А. Основы электронной техники. Учебное пособие - Ростов н/Д.: Феникс, 2014.
3. Вайсбурд Ф.И., Панаев Г.А., Савельев Б.И. Электронные приборы и усилители. Учебник - М.: Либрком, 2010.
4. Горшков Б.И., Горшков А.В. Электронная техника - М.: Академия, 2010.
|
|
|
5. Полещук В.И. Задачник по электротехнике электронике. – М.: Академия, 2004.
6. Прянишников В. А. Электроника. Полный курс лекций - М.: Академия, 2009.
7. Сиренький И.В., Рябинин В.В., Голощапов С.Н. Электронная техника. Учебное пособие - Спб.: Питер, 2006.
8. Ушакова Л.В. Электронная техника. Учебное пособие - М.: УМЦ СПО, 2008.
9. Тимошенко В.С., Байрак С.А., Схемотехника, Лабораторный практикум, Пособие, 2016
Порядок выполнения практической работы
Краткие сведения из теории:
Амплитудная характеристика представляет собой зависимость амплитуды первой гармоники выходного напряжения (тока) от амплитуды входного сигнала.
Динамический диапазон D определяется отношением максимального входного напряжения, при котором нелинейные искажения на выходе не превышают допустимый уровень U вх max, к минимальному входному напряжению при заданном отношении сигнал/шум на выходе U вх min
Нелинейные искажения на выходе в случае, когда сопротивление нагрузки не зависит от частоты и имеет одно и то же значение на частотах всех гармонических составляющих, можно описать, например, коэффициентом гармоник
где
P 1 , P 2 , P 3 - мощность первой, второй и т.д. гармоник;
Im1, Im2, Im3- амплитуда тока первой, второй и т.д. гармоник;
|
|
|
Um1, Um2, Um3 - амплитуда напряжения первой, второй и т.д. гармоник.
Другой способ задания уровня нелинейных искажений состоит в том, чтобы определить по амплитудной характеристике, как зависит коэффициент усиления от амплитуды входного сигнала, и задать значение , при котором коэффициент усиления станет меньше, чем при малом сигнале (линейное усиление) на заданное число децибел («сжатие»). maxвхU
Для «идеального» линейного усилителя динамический диапазон по входу совпадает с динамическим диапазоном по выходу.
Вопросы допуска:
1. Каковы причины нелинейных искажений?
2. Что называют «идеальный» линейный усилитель?
3. Как определяется динамический диапазон?
4. Что представляет собой амплитудная характеристика?
Задание:
Задача 1: Определите максимальную мощность на выходе усилителя, если сопротивление нагрузки 8 Ом, коэффициент усиления 45 дБ, динамический диапазон усиливаемых усилителем сигналов 32 дБ и минимальное входное напряжение 0,8 мВ (действующее значение)
Задача 2: Определите динамический диапазон усилителя, если минимальное напряжение на его входе на 16 дБ выше уровня шумов, составляющих 10 мкВ (действующее значение). Максимальная выходная мощность на нагрузке 10 Ом составляет 10 Вт, коэффициент усиления 70 дБ.
|
|
|
Задача 3: Каково действующее значение уровня шумов на входе усилителя, обладающего коэффициентом усиления 65 дБ и динамическим диапазоном 20 дБ, если максимальное напряжение на нагрузке 10 В, а минимальный входной сигнал на 20 дБ превышает уровень шумов?
Задача 4: Каково сопротивление нагрузки усилителя, если выделяющаяся на нем максимальная мощность 15 Вт, коэффициент усиления 48 дБ, динамический диапазон 50 дБ и минимальное входное напряжение 120 мкВ?
Задача 5: Определите коэффициент усиления усилителя по мощности, если отдаваемая им в нагрузку мощность равна 7,2 Вт. Входное сопротивление усилителя 1 кОм, внутреннее сопротивление источника сигнала 200 Ом и ЭДС источника ес = 0,5 В.
Задача 6: Амплитудная характеристика усилителя описывается уравнением (сопротивление нагрузки не зависит от амплитуды сигнала):
I вх = а0 +а1 U вх + а2 U вх 2
а0, а1, а2 – известны
U вх = Um cos ( wt )
Определите коэффициент гармоник на выходе четырехполюсника. Каков физический смысл и какова размерность коэффициентов а0, а1, а2?
Контрольные вопросы:
1. Каким уравнением описывается амплитудная характеристика усилителя?
|
|
|
2. Как определить коэффициент усиления усилителя по мощности?
3. Что такое действующее значение уровня шумов на входе усилителя?
4. Что собой представляет динамический диапазон усиливаемых усилителем сигналов?
Практическая работа №8
«Расчет усилителя напряжения низкой частоты на биполярных транзисторах»
Задание:
1. Дайте краткое описание работы схемы усилителя.
2. Рассчитайте параметры элементов схемы и заполните таблицу
| параметр | значение |
| Rвх. кОм | |
| Rн. кОм | |
| R1. кОм | |
| R2. кОм | |
| Rэ. кОм | |
| Iб, мА | |
| Iдел мА | |
| Iк мА | |
| Ек В | |
| Uэ В | |
| Uкэ В | |
| Uк В | |
| U1 В | |
| U2 В | |
| Сэ мкФ | |
| Сб мкФ | |
| Ск мкФ | |
| Кi | |
| Кu | |
| Кp | |
| Рк Вт |
Исходные данные:
| № вар. | Тип транзис- тора | h11Э, Ом | h12Э | h21Э | h22Э, См | Rк, кОм | UЭ, В | fH, Гц | PКmах Вт |
| 1 | МП39 | 850 | 7∙10-3 | 28 | 55∙10-6 | 2,4 | 24 | 50 | 0,15 |
| 2 | МП40 | 900 | 8∙10-3 | 30 | 60∙10-6 | 3,1 | 2,2 | 30 | 0,15 |
| 3 | МП41 | 950 | 7,5∙10-3 | 45 | 50∙10-6 | 3,6 | 2,8 | 25 | 0,15 |
| 4 | ГТ108А | 540 | 9∙10-3 | 35 | 120∙10-6 | 1,8 | 1,1 | 65 | 0,075 |
| 5 | МП116 | 930 | 7∙10-3 | 30 | 100∙10-6 | 4,8 | 2,3 | 15 | 0,15 |
| 6 | МП15 | 1300 | 8∙10-3 | 45 | 150∙10-6 | 1,4 | 0,8 | 70 | 0,15 |
| 7 | МП39Б | 1100 | 6∙10-3 | 40 | 45∙10-6 | 3,3 | 1,8 | 40 | 0,15 |
| 8 | МП41А | 750 | 5∙10-3 | 75 | 75∙10-6 | 4,4 | 3,1 | 10 | 0,15 |
| 9 | ГТ309Б | 4500 | 9∙10-3 | 120 | 250∙10-6 | 1,8 | 1,3 | 20 | 0,05 |
| 10 | ГТ322Б | 2500 | 4∙10-3 | 85 | 85∙10-6 | 3,2 | 2,0 | 35 | 0,2 |
| 11 | МП402 | 900 | 8∙10-3 | 30 | 60∙10-6 | 4,3 | 14 | 80 | 0,15 |
| № вар. | Тип транзис- тора | h11Э, Ом | h12Э | h21Э | h22Э, Ом-1 | Rк, кОм | UЭ, В | fH, Гц | PКmах Вт |
| 12 | МП114 | 930 | 7∙10-3 | 30 | 100∙10-6 | 4,8 | 1,6 | 90 | 0,15 |
| 13 | МП40А | 1100 | 7∙10-3 | 30 | 56∙10-6 | 5,1 | 2,0 | 85 | 0,15 |
| 14 | ГТ308А | 540 | 9∙10-3 | 35 | 120∙10-6 | 6,3 | 2,5 | 95 | 0,075 |
| 15 | МП39 | 850 | 7∙10-3 | 28 | 55∙10-6 | 4,4 | 1,7 | 85 | 0,15 |
| 16 | ГТ309Б | 4500 | 9∙10-3 | 120 | 120∙10-6 | 5,2 | 2,6 | 75 | 0,05 |
| 17 | МП38 | 1300 | 8∙10-3 | 45 | 150∙10-6 | 4,4 | 1,7 | 60 | 0,15 |
| 18 | МП39Б | 1100 | 6∙10-3 | 40 | 46∙10-6 | 6,8 | 2,3 | 90 | 0,15 |
| 19 | ГТ322Б | 2500 | 4∙10-3 | 85 | 85∙10-6 | 7,0 | 24 | 70 | 0,2 |
| 20 | МП41А | 750 | 5∙10-3 | 75 | 75∙10-6 | 6,2 | 1,8 | 50 | 0,15 |
| 21 | ГТ313Б | 2000 | 5∙10-3 | 70 | 80∙10-6 | 6 | 2,4 | 60 | 0,15 |
| 22 | МП38 | 900 | 6∙10-3 | 40 | 90∙10-6 | 4,4 | 2,2 | 15 | 0,15 |
| 23 | МП25 | 1000 | 8∙10-3 | 30 | 100∙10-6 | 4,8 | 1,8 | 25 | 0,15 |
| 24 | МП38 | 800 | 7∙10-3 | 30 | 50∙10-6 | 2,4 | 2,0 | 50 | 0,15 |
| 25 | МП40 | 900 | 8∙10-3 | 28 | 50∙10-6 | 3,0 | 2,2 | 30 | 0,15 |
| 26 | МП1142 | 800 | 7∙10-3 | 30 | 75∙10-6 | 4,0 | 3,0 | 25 | 0,2 |
| 27 | МП35 | 1100 | 8∙10-3 | 45 | 100∙10-6 | 1,4 | 1,8 | 70 | 0,15 |
| 28 | МП41А | 750 | 5∙10-3 | 75 | 75.∙10-6 | 3,4 | 1,8 | 20 | 0,15 |
| 29 | МП40А | 1100 | 9∙10-3 | 30 | 60.∙10-6 | 5,1 | 2,0 | 90 | 0,15 |
| 30 | ГТ308А | 540 | 8∙10-3 | 35 | 100∙10-6 | 4,3 | 2,5 | 80 | 0,05 |
Примечание: К транзисторам типа p-n-p относятся МП-20-МП21Е; МП25-МП26Б; МП39-МП41А; МП114-МП-116; П201-П203Э; ГТ308А-ГТ308В; ГТ309А-ГТ311И; КТ313-ГТ313Б; ГТ402А-ГТ403И; П416-П416Б; П4А-П4А; П401-П402А; ГТ320-ГТ321Е.
К транзисторам типа n-p-n относятся МП-35-МП38; КТ312А-КТ312В; КТ404А.
Последовательность расчета:
Определяют падение напряжения Uко на коллекторном резисторе в состоянии покоя (Iко = 1 мА для всех вариантов; Rк берется из табл. 2.1):
Uко = IкоRк. (1)
Рассчитывают ток базы Iбо транзистора в состоянии покоя:
Iбо = Iко \ h21э. (2)
Ток делителя, протекающий по резисторам R1, R2, берут в 5 раз больше тока базы:
Iд = 5 ·Iбо. (3)
Рассчитывают напряжение питания схемы как сумму трех напряжений:
Ек= Uкэ + Uко + Uэ. (4)
Значение Uэ задано в табл. 2.1, Uкэ = 5В для всех вариантов.
Определяют падение напряжения на резисторе R2 делителя как сумму двух напряжений:
U2 = Uэ + Uбэ. (5)
напряжение Uбэ считают равным для всех вариантов 0,2В.
Определяют падение напряжения на резисторе R1 как разность напряжений питания Eк и падения напряжения на резисторе R2:
U1= EK– U2. (6)
Рассчитывают сопротивление резистора R2 по закону Ома:
R2 = U2\ I2 = U2\ Iд, (7)
где Iд – ток делителя.
При расчете сопротивления резистора R1нужно учитывать, что через него протекает сумма токов:
R1=U1 / (IД + IБо). (8)
Находят входное сопротивление усилителя Rвх как эквивалентное сопротивление трех включенных параллельно резисторов R1, R2и h11э.
Сопротивление нагрузки усилителя берут такого же значения:
Rэкв = R1 × R2 / R1 + R2. (9)
Rвх = Rэкв × h11э / Rэкв + h11э (10)
Сопротивление нагрузки усилителя берут такого же значения:
Rн = Rвх (11)
Рассчитывают сопротивление резистора RЭпо закону Ома:
Rэ = UЭ / (IКо + Iбо). (12)
Оценивают емкость шунтирующего конденсатора CЭв эмиттерной цепи по приближенной формуле:
Сэ = 1 / (2πfHrэ), (13)
где rЭ = 2h12э / h22э.
Оценивают емкость разделительного конденсатора на входе схем по приближенной формуле:
Cб = 1 / fн Rвх. (14)
Емкость разделительного конденсатора на выходе схемы рассчитывают по аналогичной формуле, но вместо Rвх берут Rн:
Ск = 1 / fH RH.
Определяют коэффициент усиления по напряжению в области средних частот:
. (15)
Коэффициент усиления по мощности:
. (16)
Коэффициент усиления по току:
Ki = Кр / Кu (17)
Рассеиваемая на коллекторе мощность:
Pк = Uкэ Iк. (18)
не должна превышать максимально допустимой мощности Pкmах, которая приводится в табл. 2.1. Производится проверка этого положения. При превышении мощности необходимо изменить режим работы транзистора, уменьшив ток коллектора до 0,5 мА.
Контрольные вопросы:
1. Какое воздействие шумы оказывают на коэффициент усиления усилителя НЧ?
2. Что такое нелинейные искажения?
3. В чем состоят особенности усилителя напряжения НЧ?
4. Как рассчитывается падение напряжение на коллекторном резисторе в состоянии покоя?
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 901; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!