Исследование двухкаскадного усилителя с резисторно-емкостной связь (Лабораторная работа № 5)

Лабораторная работа №5

ДВУХКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Цель работы: исследование двухкаскадного усилителя с резисторно-емкостной связью; определение влияния обратной связи на характеристики усилителя.

Краткие теоретические сведения

Для многих устройств промышленной электроники бывает недостаточно одного усилительного каскада. В этих случаях для получения более высокого коэффициента усиления применяют многокаскадные усилители, получаемые путем последовательного соединения отдельных каскадов. Частным случаем многокаскадных усилителей является двухкаскадный усилитель, типовая схема которого изображена на рис.1. Усилительные каскады осуществляют последовательное усиление сигнала. Выходной сигнал первого каскада усилителя служит входным сигналом второго каскада, нагрузкой первого каскада является входное сопротивление второго каскада. Конденсаторы С₂ и С₃ называют конденсаторами связи двух каскадов усилителя. Конденсатор С₂ не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора VТ1 в базовую цепь транзистора VТ2. Конденсатор С₃ не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора VТ2 на нагрузочное устройство R_H. Назначение остальных элементов схемы аналогично назначению элементов схемы однокаскадного усилителя. На рис.2 приведена схема замещения двухкаскадного усилителя.

где С_вх2 – входная емкость второго каскада;

С_м – монтажная емкость (емкость деталей и проводов вх. цепи каскада).

где К_U2 – коэффициент усиления по напряжению второго каскада;

С_К2 – емкость коллекторного перехода второго транзистора.

Для улучшения показателей усилителя вводят обратную связь ОС. Обратная связь - это воздействие выходного сигнала усилителя на его вход. В зависимости от параметра выходного сигнала, используемого для создания ОС, различают ОС по напряжению и ОС по току. В зависимости от способа, подачи ОС различают последовательную ОСи параллельную ОС. Структурная схема усилителя с последовательной ОС по напряжению изображена на рис.3. ОС называется положительной (ПСО), если входной

Рис.2

сигнал U_ВХ складывается с сигналом обратной связи U_ОС, в результате чего в усилитель поступает сигнал U₁, т.е.

U₁ = U_ВХ + U_ОС.

ОС называется отрицательной (ООС), если сигналы U₁ на входе и U_ВЫХ на выходе уменьшаются, т.е.

U₁ = U_ВХ - U_ОС.

Положительная ОС повышает коэффициент усиления усилителя, но при этом стабильность коэффициента усиления небольшая. Отрицательная ОС снижает коэффициент усиления, но ее широко используют, т.к. она улучшает другие свойства усилителя:

а) при изменении параметров транзисторов повышается стабильность коэффициента усиления;

б) снижается уровень нелинейных искажений;

в) h_ВХ увеличивается, h_ВЫХ уменьшается.

Коэффициент передачи цепи ОС:

Коэффициент усиления по напряжению без ОС:

Коэффициент усиления по напряжению с ОС:

С учетом приведённых выше выражений получаем коэффициент усиления по напряжению с отрицательной ОС:

Применение ООС уменьшает нелинейные искажения выходного сигнала, т.е. уменьшает наклон амплитудной характеристики, делает её более линейной.

Рабочая схема

Выполнение работы

Таблица 1

Таблица 2

Контрольные вопросы

1.

Усилительные каскады осуществляют последовательное усиление сигнала. Выходной сигнал первого каскада усилителя служит входным сигналом второго каскада, нагрузкой первого каскада является входное сопротивление второго каскада. Конденсаторы С₂ и С₃ называют конденсаторами связи двух каскадов усилителя. Конденсатор С₂ не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора VТ1 в базовую цепь транзистора VТ2. Конденсатор С₃ не пропускает постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора VТ2 на нагрузочное устройство R_H. Назначение остальных элементов схемы аналогично назначению элементов схемы однокаскадного усилителя.

2. Для улучшения показателей усилителя вводят обратную связь ОС. Обратная связь - это воздействие выходного сигнала усилителя на его вход. В зависимости от параметра выходного сигнала, используемого для создания ОС, различают ОС по напряжению и ОС по току. В зависимости от способа, подачи ОС различают последовательную ОС и параллельную ОС. Структурная схема усилителя с последовательной ОС по напряжению изображена на рис.3. ОС называется положительной (ПСО), если входной сигнал U_ВХ складывается с сигналом обратной связи U_ОС, в результате чего в усилитель поступает сигнал U₁.

ОС называется отрицательной (ООС), если сигналы U₁ на входе и U_ВЫХ на выходе уменьшаются.

Положительная ОС повышает коэффициент усиления усилителя, но при этом стабильность коэффициента усиления небольшая. Отрицательная ОС снижает коэффициент усиления, но ее широко используют, т.к. она улучшает другие свойства усилителя.

3. Отрицательная ОС расширяет полосу пропускания частот, т.к. она уменьшает наклон амплитудной характеристики, делает её более линейной          .