ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Тема:Исследование усилителя постоянного тока
Цель работы:
1. Изучить принцип действия усилителя постоянного тока (УПТ), выполненного по схеме транзисторного параллельно-балансного каскада.
2. Рассчитать параметры усилителя.
Методические указания к выполнению работы
| Усилителем постоянного тока (УПТ) называется усилитель, сохраняющий постоянство коэффициента усиления при уменьшении частоты входного сигнала вплоть до нуля. |
УПТ находят широкое применение в различных областях радиоэлектроники, автоматики, контрольно-измерительной и вычислительной техники и т.п.
УПТ должен удовлетворять следующим требованиям:
- при отсутствии входного сигнала, напряжение на выходе усилителя также должно быть равно нулю (отсутствие “дрейфа нуля”);
- при изменении знака входного сигнала должен изменяться и знак выходного напряжения;
- отношение выходного напряжения к входному должно быть постоянной величиной;
В отличие от других усилителей, например усилителей низкой частоты, связь между каскадами УПТ должна быть непосредственной (гальванической), так как ни разъединительный конденсатор, ни трансформатор не пропускают постоянный или медленной изменяющийся ток. При этом возникает ряд сложностей с отделением полезного сигнала от постоянных составляющих напряжений и токов, необходимых для нормальной работы каскада. Кроме того, отсутствие конденсатора или трансформатора приводит к тому, что через усилитель одновременно могут проходить полезный сигнал и сигнал помехи. Причиной помехи является изменение начального режима работы каскада под влиянием различных дестабилизирующих факторов (например, изменений температуры, напряжения источника питания и др.). На входе УПТ оба сигнала (полезный и помехи) складываются и различить их невозможно. Это создает ложное представление об истинном значении усиленного полезного сигнала.
| Изменение сигнала на выходе при отсутствии изменений входного сигнала, вызываемое воздействием дестабилизирующих факторов, называется ДРЕЙФОМ НУЛЯ УПТ. |
Для уменьшения дрейфа нуля стабилизируют источники питания, вводят отрицательную обратную связь, а также применяют специальные балансные схемы.
Одной из наиболее распространенных схем УПТ с ограниченным дрейфом нуля является дифференциальный усилитель, выполненный по параллельно-балансной схеме. УПТ этого типа построен по принципу сбалансированного четырехплечевого моста (рис.1).
Два плеча моста образованы транзисторами VT1 и VT2, а два других - коллекторными резисторами RK1 и RK2. К одной диагонали моста подключается источник питания Uпит, в другую включается нагрузка RН. Правая и левая половины праллельно-балансного каскада выполняются одинаковыми. Для этого применяют однотипные транзисторы с одинаковыми параметрами. Соответственно выбираются сопротивления всех резисторов. Так RK1= RK2; R1= R2; R3= R4.
На коллекторных резисторах RK1 и RK2 выделяется усиленный сигнал. Резисторы R1-R4 фиксируют потенциал баз транзисторов и совместного с резистором RЭ обеспечивают оптимальный выбор рабочих точек транзисторов в режиме покоя. Кроме того, резистор RЭ служит для стабилизации эмиттерного тока. Резистор R0, повышающий стабильность работы и входное сопротивление УПТ, часто не ставят. В данной схеме резисторы R5 и R0 используются для грубой и точной балансировки усилителя.
Входной сигнал Uвх подается между базами обоих транзисторов. При равенстве входных сопротивлений транзисторов на одной базе появляется сигнал + Uвх / 2, а на второй: - Uвх / 2.
В транзисторах p-n-p типа повышение потенциала базы вызывает уменьшение коллекторного тока. В результате этого потенциал коллектора относительно массы понижается. Соответственно понижение потенциала базы второго транзистора увеличивает коллекторный ток и повышает потенциал коллектора.
Разность потенциалов обоих коллекторов является выходным напряжением Uвых усилителя. Коэффициент усиления балансного УПТ равен коэффициенту усиления одной половины каскада:
, (1)
где h11э; h21э; h22э - h -параметры транзисторов (из справочника).
Входные сопротивления дифференциального усилителя Rвх:
Rвх = 2h11э.
Выходное сопротивление усилителя Rвых:
.
Типичная амплитудно-частотная характеристика усилителей постоянного тока.
Рис.1. Принципиальная схема УПТ на параллельно-балансном каскаде
|
Задание
1. Изучить схему и принцип действия дифференциального УПТ.
2. Начертить схему дифференциального УПТ с использованием биполярного транзистора согласно варианта (см.таблицу). Для выполнения задания использовать справочник В.И.Галкин «Полупроводниковые приборы».
Подписать на схеме транзисторы согласно маркировке.
Таблица вариантов.
| Вариант | Марка транзистора |
| МП21Е | |
| КТ312В | |
| ГТ323Б | |
| МП26Б | |
| ГТ321Е | |
| МП41А | |
| КТ315В | |
| КТ404А | |
| КТ313Б | |
| МП38 | |
| ГТ402А | |
| ГТ308А | |
| КТ316Б | |
| ГТ323А | |
| ГТ308Б |
3. Рассчитать RK1 (RK1= RK2). Для этого в справочнике, согласно маркировке транзистора, выбрать максимальный коллекторный ток. Взять I к‹ I кmax. Пусть схема питается от источника с напряжением 5В.
RK=Uп / I к
4. Рассчитать коэффициент усиления по формуле (1).
5. Задача. Определить выходную мощность усилителя, если коэффициент усиления по току равен 50, сопротивление нагрузки усилителя 100 Ом, а входной ток 2 мА.
Содержание отчета
1.Наименование и цель работы.
2.Схема УПТ.
3.Расчеты и графики
4.Вывод по работе.
Контрольные вопросы
1. Какого типа сигналы усиливает УПТ?
2. Каким основным условиям должны удовлетворять усилители медленно изменяющихся напряжений?
3. Как изменяется напряжение на выходе УПТ при изменении знака входного напряжения?
4. Что такое дрейф нуля?
5. Почему усилитель переменного напряжения не имеет дрейфа нуля?
Литература
1. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. - 3-е изд. - М.: Высшая школа, 1986. - с. 122-139.
2. Галкин В.И., Пелевин Е.В. Промышленная электроника и микроэлектроника: Минск «Беларусь», 2000. - с. 156-173.
