Расчет схемы усилителя с эмиттерной стабилизацией (режиме А)
Входное сопротивление схемы 
будет определяться параллельным включением сопротивлений 
, 
и 
. При правильном выборе делителя можно пренебречь и определять входное сопротивление по формуле
.
Выходное сопротивление схемы определяется сопротивлением 
:
.
Емкости 
и 
выбирают таким образом, чтобы их сопротивление в рабочем диапазоне частот было пренебрежимо мало.
Емкость и сопротивление образуют фильтр верхних частот первого порядка с частотой среза 
(1)
Емкость образует аналогичный фильтр частот с частотой среза
(2)
Усилители на основе ОУ
В настоящее время в качестве входных усилителей используются интегральные операционные усилители (ОУ).
Идеальный ОУ обладает бесконечно большим входным 
и бесконечно малым выходным 
сопротивлением, бесконечно большим коэффициентом усиления дифференциального сигнала 
и нулевым коэффициентом передачи синфазного сигнала. Следовательно, у идеального ОУ, охваченного обратной связью, напряжение инвертирующего входа отличается от напряжения неинвертирующего входа на бесконечно малую величину, а входные токи 
равны нулю.
Идеальный ОУ не может нормально работать в линейном режиме без внешней цепи обратной связи, таккак 
.
На рис. 2.3 изображена схема инвертирующего усилителя на ОУ.
Рис. 2.3. Инвертирующее включение операционного усилителя.
|
|
|
Так как 
и 
(что обусловлено бесконечно большим входным сопротивлением), то 
и 
. Следовательно, коэффициент передачи ОУ с обратной связью, в инвертирующем включении, определяется соотношением
.
Для неинвертирующего включения ОУ (рис. 2.4) имеем 
и 
, 
. Таким образом, коэффициент передачи ОУ с цепью обратной связи, возбуждаемого по неинвертирующему входу
,
и ОУ в этом случае не меняет полярность усиливаемого напряжения.
Рис.2.4. Неинвертирующее включение операционного усилителя.
Чтобы измерить напряжение на выходе высокоомного источника сигнала и при этом не внести заметной погрешности, можно использовать неинвертирующий повторитель (рис. 2.5 а), для которого усиление по напряжению К=1. Обладая высоким входным сопротивлением, такая схема работает как усилитель тока. При этом нужно учитывать, что высокоомная входная линия связи очень чувствительна к емкостным наводкам. Такая линия, как правило, экранируется, что приводит к большой емкостной нагрузке источника сигнала относительно общей шины (корпуса) (30-100 пф/м). При внутреннем сопротивлении источника, например, 100 КОм и емкости кабеля 100 пф верхняя граничная частота измеряемого сигнала равна 16 Гц.
|
|
|
Другая проблема - изменения величины этой емкости во времени, вызванные, например, механическими перемещениями. Это может привести к возникновению большого шумового напряжения. Если на проводник подано напряжение 10 В, то из-за колебаний величины емкости порядка 1% получаются скачки напряжения до 100 мВ.
а) 
б)
Рис 2.5. Включение операционного усилителя как
неинвертирующего повторителя.
Для уменьшения разности потенциалов между внутренним проводником и экраном экран соединяют не с корпусом, а с выходом повторителя (рис. 2.5 б). Вследствие равенства потенциалов на входном проводе и экране влияние емкости уменьшается. При этом емкостные шумы значительно сокращаются, поскольку теперь разность потенциалов между проводниками определяется лишь напряжением смещения 
операционного усилителя.
Операционный усилитель с обратной связью может работать и как дифференциальный усилитель (рис. 2.6).
Рис.2.6. Дифференциальное включение операционного усилителя.
В этом случае
,
и с учетом равенства напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах
.
Отсюда
|
|
|
. (**)
Если 
и 
, (*) то
.
Таким образом, выходное напряжение зависит от дифференциального входного напряжения и не зависит от синфазного входного напряжения.
3. Объекты исследования, оборудование, инструмент.
Программное обеспечение: Electronics Workbench V5.12.
4. Подготовка к работе.
4.1. Изучить теоретические сведения (п. 2).
4.2. Включить ПК, открыть Electronics Workbench V5.12.
5. Программа работы.
Собрать схему изображенную ниже
5.1. Рассчитать R1, R2, Rк, Rэ согласно выше приведенной методики.
(Взять URэ = 0,2Eк, Eк = 12 вольт, Iкн = 0,01А, iдел = 10iбmax, Uбэ = 0,7 вольт, коэффициент усиления по току β взять из библиотеки программы (двойной клик на транзисторе, затем открыть вкладки Models, Edit, значение F).
5.2. Полученные значения вставить в схему. Запустить схему. Проконтролировать увеличение амплитуды выходного сигнала и определить Ку (коэффициент усиления) усилителя.
5.3. Получить АЧХ схемы, по которой определить fср (частоту среза) по уровню – 3 Дб.
5.4. По формулам 1 и 2 рассчитать частоты среза и отметить их на ранее построенной АЧХ усилителя. Сделать выводы.
5.5. Собрать схему изображенную на рис 2.3. Рассчитать величины сопротивлений согласно заданию преподавателя (значение коэффициента усиления выдается преподавателем каждому отдельно). На вход схемы подать гармонический сигнал. По осциллограмме проверить вычисления.
|
|
|
5.6. Собрать схему изображенную на рис 2.4. Рассчитать величины сопротивлений согласно заданию преподавателя (значение коэффициента усиления выдается преподавателем каждому отдельно). На вход схемы подать гармонический сигнал. По осциллограмме проверить вычисления.
5.7. Сравнить работу обоих усилителей и сделать выводы.
5.8. Собрать схему изображенную на рис 2.6. Рассчитать величины сопротивлений при и , согласно заданию преподавателя (значение коэффициента усиления 
выдается преподавателем каждому отдельно). На вход схемы подать гармонические сигналы от двух независимых источников переменного напряжения (в одной фазе), затем в противофазе (поменять полярность одного из источников). Сделать выводы.
6. Анализ полученных результатов.
Проанализировать работу инвертирующего и не инвертирующего усилителя и выявить принципиальные отличия.
Содержание отчета
1. Тема и цель лабораторной работы.
2. Краткое изложение теоретической части.
3. Схема усилителя на одном транзисторе. Осциллограмма сигнала на выходе усилителя.
4. Расчет усилителя на одном транзисторе.
5. АЧХ усилителя на одном транзисторе.
6. Схема инвертирующего усилителя с соответствующим расчетом.
7. Схема не инвертирующего усилителя с соответствующим расчетом.
8. Схема дифференцирующего усилителя с соответствующим расчетом.
Контрольные вопросы.
1. Из каких элементов состоит схема усилителя на одном транзисторе?
2. Что представляет собой не инвертирующий усилитель на основе ОУ?
3. Что представляет собой инвертирующий усилитель на основе ОУ?
4. Где применяются усилители?
5. Чем отличаются между собой инвертирующий и не инвертирующий усилитель?
6. Какие виды усилителей Вы еще знаете?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ЛИНИИ СВЯЗИ
1. Цель и задачи работы.
Изучение эквивалентных схем электрических линий связи, приобретение навыков по исследованию электрических схем с помощью электроизмерительных приборов.
2. Теоретические сведения.
| В радиотехнической практике для измерения параметров оборудования издавна используются эквиваленты среды передачи сигналов (эквиваленты антенн, эквиваленты длинных линий и проч.), которые стандартизованы и общеприняты. Например, вместо коаксиального кабеля используется искусственная длинная линия, состоящая из конденсаторов и катушек индуктивности, эквивалентных действию погонной емкости и погонной индуктивности кабеля на данной длине. Кабели типа ТППэп, имеют следующие погонные параметры Табл.1 |
|
| Табл.2 |
Кроме того, существует еще емкость жил кабеля на экран, которая должна учитываться, если экран заземляется. Данная емкость обычно не нормируется, но практически она на 40–50% превышает рабочую емкость. Исходя из этого получены расчетные значения данной емкости (табл. 3).
Табл.3
|
На практике считается, что искусственная длинная линия подобна реальной длинной линии, если число звеньев превышает 4. Таким образом, применяя подобный подход, можно в качестве эквивалента кабеля ТППэп использовать простую электрическую схему, состоящую, например, из следующих 5 звеньев для случая использования кабеля витой пары без экрана (рис. 1):
|
Рис. 1. Электрическая схема эквивалента кабеля ТППэп (без экрана)
При использовании кабеля с экраном схема будет выглядеть следующим образом (рис. 2):
|
Рис. 2. Электрическая схема эквивалента кабеля ТППэп (с экраном)
Поскольку погонные параметры кабеля прямо пропорциональны его длине, то в любом случае одна ячейка такого эквивалента будет соответствовать 1/5 длине кабеля витой пары. Например, при длине кабеля 1000 м электрические параметры одной ячейки имитируют 1000/5 = 200 м длины кабеля.
Чтобы получить значения сопротивлений резисторов R, имитирующих активные потери в кабеле ТППэп длиной 200 м, необходимо значения погонных сопротивлений в табл. 1 разделить на 5:
Табл.4
|
Чтобы получить значения конденсаторов Ср, имитирующих рабочие емкости кабеля ТППэп длиной 200 м, необходимо значение погонных рабочих емкостей в табл. 2 разделить на 5:
Табл.5
|
Чтобы получить значения конденсаторов Сэ, имитирующих емкость жил кабеля на экран при длине кабеля ТППэп длиной 200 м, необходимо значение погонных емкостей на экран в табл. 3 разделить на 5: Табл. 6
|
Важные замечания
1. Полученные значения радиоэлементов соответствуют кабелю ТППэп длиной 1000 м. Для имитации кабеля произвольной длины полученные значения следует пересчитать пропорционально необходимой длине по отношению к 1000 м. Например, для имитации кабеля длиной 500 м все номиналы радиоэлементов должны быть уменьшены в 2 раза, а для длины кабеля 2000 м все номиналы должны быть увеличены в 2 раза.
2. При отсутствии резистора или конденсатора необходимого номинала можно использовать последовательное или параллельное соединение радиоэлементов.
3. При желании получения большей точности приближения эквивалента к реальным параметрам кабеля можно использовать схему, состоящую из большего числа ячеек (>5).
4. Для уменьшения «пролезания» сигнала со входа непосредственно на выход рекомендуется монтаж схемы выполнять «в линейку» по пути распространения сигнала.
5. Поскольку емкость жил кабеля ТПП на экран не нормируется, то значение емкости конденсатора Сэ может потребовать уточнения опытным путем.
6. Для получения перестраиваемого эквивалента кабеля можно использовать каскадное соединение нескольких эквивалентов.
7. Подобный подход можно использовать и для других типов кабелей, основываясь на их погонных параметрах.
3. Объекты исследования, оборудование, инструмент.
Программное обеспечение: Electronics Workbench V5.12.
4. Подготовка к работе.
4.1. Изучить теоретические сведения (п. 2).
4.2. Включить ПК, открыть Electronics Workbench V5.12.
5. Программа работы.
1. В окне программы Electronics Workbench V5.12 составить схему эквивалента кабеля ТППэп (без экрана) (рис.1).
2. Вставить значения R, Ср соответствующие кабелю с диаметром жил 0,4 мм без гидрофобного заполнения.
3. Построить АЧХ схемы на которой определить полосу пропускания кабеля (занести в таблицу).
4. Добавить к ранее изображенной схеме, состоящей из 5-ти сегментов еще 5 секций и повторить п.2-п.3.
5. Сравнить между собой полосы пропускания 5-ти и 10-ти секционных эквивалентов кабеля ТППэп.
6. Повторить п.1-п.5 выбрав в качестве R, Ср значения соответствующие кабелю с диаметром жил 0,7 мм без гидрофобного заполнения.
7. Повторить п.1-п.6 для схемы эквивалента кабеля ТППэп (с экраном) (рис.2) выбрав в качестве Сэ значение соответствующее кабелю без гидрофобного заполнения.
8. Заполнить таблицу:
| Полоса пропускания, Гц | |||||
|
| ТППэп (без экрана) | ТППэп (с экраном) | |||
| Диаметр жил, мм | Схема из 5 секций | Схема из 10 секций | Схема из 5 секций | Схема из 10 секций | |
| 0,4 | |||||
| 0,7 | |||||
|
| |||||
6. Анализ полученных результатов.
Выявить принципиальные особенности (отличия) в работе экранированного и неэкранированного кабеля.
Содержание отчета
1. Тема и цель лабораторной работы.
2. Краткое изложение теоретической части.
3. Схема (рис.1). АЧХ схемы (для кабеля с диаметром жил 0,4 мм).
4. Схема (рис.2). АЧХ схемы (для кабеля с диаметром жил 0,4 мм).
5. Заполненная таблица (п.8 программы работ).
Контрольные вопросы.
1. В чем отличие между экранированным и не экранированным электрическим кабелем?
2. Какие радиоэлементы входят в состав схем замещения экранированного и не экранированного электрического кабеля?
3. Где применяются кабели ТППэп?
4. Что представляют собой эквиваленты среды передачи сигналов?
5. Какие виды электрических кабелей Вы еще знаете?
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ № 15 - 19
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 837; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!