Измерения в радиоэлектронике: Методические указания к лабораторным работам, страница 20

Режим неискаженного усиления характеризуется работой транзистора на почти линейных участках ВАХ. В связи с этим нелинейные искажения сигнала минимальны (коэффициент гармоник ), а КПД менее 50 %.

Режим искаженного усиления характеризуется большими нелинейными искажениями сигнала (коэффициент гармоник ) вследствие работы на нелинейных начальных участках ВАХ усилителя, при этом КПД лежит в пределах 60 … 70 %.

6.3. Описание лабораторной установки

Исследуемый в данной работе усилитель напряжения построен с использованием схемы операционного усилителя КР140УД708 (рис. 30).

Рис. 30. Структура усилителя напряжения

Структура исследуемого усилителя содержит регулируемые резисторы R2 и R5, предназначенные для изменения соответственно уровня усиления входного сигнала и баланса нуля. Ручки управления сопротивлением резисторов R2 и R5 выведены на лицевую панель макета.

Питание макета усилителя осуществляется с помощью однополярного источника постоянного напряжения 15 В, входящего в состав лабораторного измерительного комплекса. Для снятия выходного сигнала с генератора на корпусе макета предусмотрен разъём BNC.

Для исследования спектра сигнала на выходе усилителя в режимах отсечки и насыщения разработан виртуальный макет усилителя (рис. 31).

Рис. 31. Лицевая панель виртуального макета усилителя

На его лицевой панели можно наблюдать как исходный входной сигнал 1 и его спектр 7, так и усиленный выходной сигнал 2 и его спектр 8. С помощью ручки 3 можно установить амплитуду сигнала на входе усилителя в диапазоне от нуля до 1 В. Границы режимов насыщения и отсечки изменяются с помощью соответствующих ползунков 4 и 5, а коэффициент усиления регулируется ручкой 6 в диапазоне значений от единицы до 10.

6.4. Порядок проведения работы

Исследование виртуального макета

Для проведения исследования режимов отсечки и насыщения, их влияния на форму и спектр выходного сигнала следует подать на вход виртуального усилителя гармонический сигнал.

1. Установить амплитуду входного сигнала в диапазоне от 0,5 до 1,0 В. Установить значение усиления, равное 8. Занести в отчёт изображения сигналов и их спектров на входе и выходе усилителя.

2. Задать границу режима насыщения на таком уровне, чтобы появились нелинейные искажения усиленного сигнала, приводящие к обогащению спектра сигнала дополнительными спектральными составляющими. Занести в отчёт изображения сигнала и его спектра на выходе усилителя.

3. Произвести оценку коэффициента гармоник с помощью виртуального спектроанализатора сигнала с выхода усилителя, работающего в режиме насыщения, используя формулу (3).

4. Установить границу режима насыщения на уровне среднего значения выходного сигнала. Наблюдать изменение количества спектральных составляющих в спектре усиленного сигнала. Занести в отчёт изображения выходного сигнала и его спектра.

5. Перевести виртуальный усилитель в режим неискаженного усиления сигнала. Повторить пп. 2 – 4, изменяя уровень границы режима отсечки.

Исследование реального макета

Собрать лабораторную установку в соответствии со структурой, представленной на рис. 32.

1. Установить амплитуду выходного сигнала функционального генератора лабораторного измерительного комплекса в диапазоне от 1,0 до 3,5 В. Задать частоту сигнала в диапазоне от 1 до 10 кГц. Параметры сигнала измерить с помощью осциллографической приставки.

2. Установить режим неискаженного усиления. Для этого ручкой уровня выходного сигнала, находящейся на лицевой панели макета усилителя, задать максимальное усиление, при котором выходной сигнал не искажен. При необходимости с помощью ручки баланса нуля добиться неискаженной формы сигнала. Наблюдать сигнал без искажений (рис. 33) и его спектр. Занести в отчёт изображения сигнала и его спектра.

Рис. 32. Структура лабораторной установки

Рис. 33. Сигнал на выходе усилителя без нелинейных искажений