Задание и исходные данные

Оборудование:

1. Персональный компьютер

2. Программное обеспечение

3. Методические рекомендации по выполнению лабораторной работы с приложением 1 (Библиотека компонентов EWB).

Работа с электронной системой моделирования EWB включает в себя три основных этапа: создание схемы; выбор и подключение измерительных приборов; активация схемы и фиксация измеряемых параметров, анализ процессов протекающих в исследуемой цепи, устройстве.

1. Изучите основные схемотехнические элементы и опции.

2. Разберитесь с работой электронной системы моделирования Electronics Workbench. способы построения различных схем, способы анализа их поведения, измерения основных параметров работы схем.

3. Выполните задание или задания приведенные ниже. Номер выполняемого задания и параметры моделирования по соответствующей таблице, должны быть указаны преподавателем:

Задание (таблица). Используя систему моделирования Electronics Workbench, разработайте и соберите схему для снятия вольт-амперной характеристики диода. Получите вольт- амперную характеристику идеального диода, а также диода (из таблицы), указанного преподавателем.

Таблица

№	Библиотека	Диод	№	Библиотека	Диод
	General1	BYM11-400		General2	Gl917
	General1	BA157GP		mics	727z
	1n	1N4148		zetex	BAL74
	General2	BY228		zetex	BBY31

 

Меры предосторожности и безопасности

Основным источником опасности в работе являются розетки и провода сети 220 В. При обнаружении нарушений следует работу прекратить и сообщить о неполадках преподавателю.

 

Контрольные вопросы:

1. Каким образом можно разместить необходимый компонент на рабочем поле? Как задать его характеристики?

2. Каким образом можно подключить вывод компонента к проводнику? Каким образом разорвать соединение?

3. Назовите элемент для образования в схеме узла соединения. Какие дополнительные функции он может выполнять?

4. Что такое подсхема, для чего она нужна, и как ее создать?

5. Как проводить анализ схемы?

6. Как осуществлять измерения с помощью осциллографа? С помощью мультиметра?

7. Как можно использовать функциональный генератор?

 

 

9. Список литературы:

1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. М.: Солон-Р., 506 с.

2. Немцов, М. В., М. Л. Немцова.Электротехника и электроника: учебник для среднего профессионального образования по техническим специальностям /- 6-е изд., стер. – Москва: Академия, 2013.

3. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. М.: Гелиос АРВ. 2002, 302 с.

 

 

Лабораторная работа № 9-10

Тема: Исследование работы резисторного усилителя низкой частоты на дискретных элементах.

Цель: Экспериментальное исследование резистивного усилителя низкой частоты.

Теоретическая часть

Резистивный усилитель – это усилитель, у которого в качестве нагрузки используются резисторы. Так как в этом усилителе из-за от­сутствия катушек индуктивности (индуктивностью выводов элемен­тов пренебрегаем) не возникает колебательных процессов, то резистивный усилитель часто называют апериодическим усилителем. Резисторы в резистивном усилителе используются в качестве внут­ренней и внешней нагрузки.

Схема однокаскадного резистивного усилителя с общим эмиттером (рисунок) при прочих равных условиях дает наибольший коэффициент уси­ления по мощности. В качестве внутренней и внешней нагрузки ис­пользуются резисторы R_K и R_H соответственно. Внешний нагрузочный резистор может отсутствовать, если в качестве внутренней коллек­торной нагрузки включены громкоговоритель, реле, линия связи и т.п. Назначение конденсаторов разделение и блокировка

От простейшей схемы усилителя с ОЭ схему отличают две особенности:

первая – использование вместо источника смещения (Е_БЭ) резистивного делителя напряжения, состоящего из резисторов R₁ и R₂. Делитель используется для экономии – не требуется дополнительного относительно сложного и доро­гостоящего источника питания. Сопротивления резисторов делителя подбирают так, чтобы на базу относительно эмиттера поступала толь­ко часть напряжения питания, равная открывающему напряжению Е_БЭ = 0,5…0,8 В. В простейших схемах резистор R₂ исключают и ус­танавливают открывающее напряжение с помощью одного резистора R₁;

вторая – использова­ние резистора R_Э. Сопротивление этого резистора равно R_Э = 0,1…1 кОм. Его назначение – обеспечить температурную стаби­лизацию параметров каскада. Стабилизация возникает благодаря воз­никающей отрицательной обратной связи, свойства которой будем рассматривать далее.

Работа резистивного усилителя при подаче на вход гармоническо­го сигнала иллюстрируется диаграммой токов и напряжений (рис.). На рис. а приведена передаточная характе­ристика транзистора. Это зависимость выходного тока коллектора от управляющего напряжения между базой и эмиттером. На характери­стике показана рабочая точка, соответствующая открывающему на­пряжению E_БЭ = 0,5…,8 В и постоянному току коллектора I_КО (для маломощных транзисторов I_КО = 0,1…10 мА).

На рис. в) приведена зависимость от времени напряжения на базе транзистора, равного сумме напряжения смещения (Е_БЭ) и входного переменного сигнала. Амплитуда переменного сигнала для обеспечения линейного режима работы усилителя не должна превышать 0,1 В. Зависимость тока коллектора от времени, показана на рис. б). График получен на основе кривых рис. а) и рис. в). Порядок построения показан стрелками и штриховыми линиями.

Как видим, при увеличении входного напряжения увеличивается ток коллектора транзистора (см. схему). Переменная составляющая этого тока, протекая по резисторам R_К и R_Н создает на коллекторе транзистора переменное напряжение (рис. г). Отметим, что при увеличении тока коллектора напряжение на коллекторе уменьшается, так как увеличивается падение напряжения на резисторах R_К и R_Н – так возникает дополнительный фазовый сдвиг между входным и вы­ходным напряжениями, равный 180°.

Напряжение на выходе усилите­ля, возникающее на резисторе R_Н будет содержать только перемен­ную составляющую. Постоянное напряжение на коллекторе транзистора, равное U_КО = Е_П – R_КI_КО отделено от резистора R_Н выход­ным разделительным конденсатором.

Показатели резистивного усилителя легко получить, используя ра­нее полученные формулы. Входная проводимость резистивного уси­лителя с учетом резистивного делителя равна:

Выходное сопротивление равно:

.

При коэффициент усиления усилителя равен:

Например, если крутизна мало­мощного транзистора S = 20 мА/В, а сопротивление нагрузки R_H = 0,5 кОм, то модуль коэффициента усиления по напряжению резистивного усилителя равен К₀ = 10.

Отметим, что эти показатели получены на так называемых средних частотах входного сигнала, когда со­противления разделительных и блокировочных конденсаторов пре­небрежимо малы, а инерционность транзистора и его паразитные ем­кости не учитываются. Область средних частот (СЧ) показана на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) резистивного усилителя (рис.).

В области низких частот (НЧ) коэффициент усиления уси­лителя уменьшается из-за увеличения емкостных сопротивлений раз­делительных конденсаторов. На нулевой частоте сопротивление раз­делительных конденсаторов равно бесконечности, и коэффициент усиления усилителя равен нулю. С уменьшением частоты увеличива­ются также сопротивления блокировочных конденсаторов. Как прави­ло, это тоже приводит к уменьшению усиления усилителя.

На высоких частотах (ВЧ) начинают сказываться инерци­онность транзистора, емкости его переходов, а также паразитные ем­кости монтажа, возникающие между выводами радиоэлементов и корпусом устройства. Указанные емкости невелики. Однако с ростом частоты сопротивление внутренних емкостей транзистора и паразитных

емкостей монтажа уменьшается, и в пределе, при f ® ¥, выводы транзистора по переменному напряжению оказываются закороченными, а выводы радиоэлементов – соединенными с корпусом. Поэтому коэффициент усиления усилителя с ростом частоты уменьшается в пределе до нуля.

Для описания частотных свойств резистивного усилителя вводятся две граничные частоты: f_НЧ и f_ВЧ – граничные частоты для областей низких и высоких частот соответственно (рис. АЧХ). Как правило, они определяются при условии равенства 0,707 от значения коэффициента усиления усилителя в области средних частот. Например, для телефонных кана­лов связи эти частоты обычно равны:

f_НЧ = 300 Гц; f_ВЧ = 3400 Гц.

Все усилители для телефонной линии должны обеспечивать усиление в указанном диапазоне частот. В противном случае ухудшится качество связи, и, например, будет плохо работать модем компьютера.

 

Задание и порядок выполнения работы:

 

1.Приступая к выполнению данной лабораторной работы необходимо запустить программу ELECTRONICS WORKBENCH. После запуска она будет выглядеть следующим образом

 

 

 

 

2.Для работы необходимо загрузить схему исследования. При нажатии кнопки открывается окно в котором курсором необходимо пометить файл <Резистивный усилитель низкой частоты на дискретных элементах.ewb> и нажать кнопку Открыть. Появится схема изображенная выше

3.Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку в верхнем правом углу .

 

4. Определите какого типа и по какой схеме работает транзистор (с ОБ, ОЭ, ОК) в исследуемом усилителе. Подайте на вход усилителя с блока ПГС напряжение синусоидальной формы частотой 1000 Гц и, изменяя величину сопротивления резистора, регулирующего значение выходного напряжения Uвых, добейтесь усиления сигнала;

5.Изменяя входной сигнал от 0, снимите амплитудную характеристику усилителя Uвых= f(Uвх) на частоте входного сигнала 1000 Гц; Исследуйте работу схемы при различных значениях: напряжения входного сигнала Uвх и частоты входного сигнала, проанализируйте полученные результаты, анализ и выводы внесите в отчет по лабораторной работе.

6.По данным измерений постройте характеристику Uвых= f(Uвх) и вольт-амперную характеристику.

7. Анализ, выводы по результатам проведенной самостоятельно лабораторной работы являются защитой работы.

Контрольные вопросы:

1. Принцип работы резистивного усилителя.

2. Функции конденсатора в схеме усилителя.

 

Содержание отчета:

1. Тема
2. Цель
3. Схема
4. Ход работы
5. Характеристики
6. Анализ и выводы по результатам исследования работы резистивного усилителя низкой частоты.

 

Литература

1. Немцов, М. В., М. Л. Немцова.Электротехника и электроника: учебник для среднего профессионального образования по техническим специальностям /- 6-е изд., стер. – Москва: Академия, 2013.
2. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: Учебное пособие для колледжей. – Ростов – на – Дону: Феникс, 2012. – 407с.