Исследование основных технических показателей усилительного каскада: Методические указания к лабораторной работе по курсам "Электронные устройства роботов" и "Электронные устройства в мехатронике", страница 2

Рис.3

f_в  -   верхняя граничная частота, f_н  -   нижняя  граничная частота.

Снижение коэффициента усиления по напряжению в области нижних и верхних частот называют частотными искажениями, которые оцениваются коэффициентами частотных искажений M_н и M_в.

Коэффициенты частотных искажений.

•  На нижней граничной частоте

Mн = ^KU0 , где  K_Uн -   коэффициент усиления на нижней граничной чаKUн стоте.

M_н [дБ] = 20 lg (M_н ).

•  На верхней граничной частотеMВ₌^KU0 , где   K_Uв -   коэффициент усиления на верхней граничной чаKUВ

стоте.

M_в[дБ] = 20 lg (M_в). Чаще всего принимается

M_в = M_н = 3 дБ.

Для усилителя постоянного тока вид типовой амплитудно-частотной характеристики приведен на рис.4.  Здесь f_н = 0.

Рис. 4

2.2.3. Фазочастотная характеристика (ФЧХ) -   это зависимость угла фазового сдвига φ между входным и выходным сигналами от частоты φ = F (f) , которая определяется наличием реактивных элементов. Вид характеристики применительно к усилителю постоянного тока представлен на рис 5.

Рис. 5

Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики являются составными частями комплексного коэффициента усиления, который имеет действительную │K_U (jω)│ и мнимую e ^j(φ(jω))  части KU (jω) = │KU (jω)│ · e j(φ(jω)) , где │K_U (jω)│ -  АЧХ, e ^j(φ(jω))  -  ФЧХ.

2.2.4. Переходная характеристика U_вых = f(t) – реакция усилителя на ступенчатое входное воздействие. Её вид представлен на рис. 6.

Рис.6

3.  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Определение основных технических показателей конкретного усилительного каскада (усилителя) осуществляется проведением определённых измерений с применением электронных измерительных приборов таких, как электронный осциллограф, вольтметры постоянного и переменного токов, измерительные генераторы, электронные фазометры и источники питания. Обычно эти измерения связаны с определением:

•  коэффициента усиления по напряжению K_U ;

•  входного сопротивления R_вх ;

•  выходного сопротивления R_вых ;

•  амплитудной характеристики  U_вых = f(U_вх); •     амплитудно-частотной характеристики K_U = F (f);

•  фазочастотной характеристики φ= F (f).

При проведении большинства измерений необходимо обеспечивать работу усилителя в линейном режиме, т.е. без нелинейных искажений или с минимально возможными нелинейными искажениями. Поэтому, необходимо иметь информацию о границах линейной зоны амплитудной характеристики усилителя и проведение измерений следует начинать с определения амплитудной характеристики.

3.1. Измерения для определения амплитудной характеристики  U_вых = f(U_вх).

Принципиально возможно получение амплитудной характеристики в двух видах: в полном виде, включая области шумов, линейную, нелинейную и области насыщения, и  в упрощённом виде, включающем в основном область линейности и ближайшую к ней окрестность нелинейной области.

Первый вид используется, как правило, при анализе усилителей постоянного тока (УПТ) и при определении такой амплитудной характеристики  измерения производятся с использованием входного сигнала постоянного тока f_с = 0.

Амплитудная характеристика второго типа обычно используется при анализе усилителей переменного тока, причём при относительно невысоких коэффициентах усиления по напряжению (K_U ≤ 100) зоной шумов обычно пренебрегают. При определении такой характеристики измерения производятся с использованием входного сигнала переменного тока средней частоты, как правило, f_с = 1000 Гц.

Рассмотрим вначале методику определения амплитудной характеристики в упрощенном виде. Для проведения измерений требуются следующие электронные измерительные приборы: источник (задатчик) синусоидального входного сигнала – измерительный генератор переменного тока типа Г3-111, чувствительный вольтметр переменного тока типа В7-35 и измеритель нелинейных искажений, а, при его отсутствии, - электронный осциллограф.

Амплитудная характеристика усилителя переменного тока представляет собой зависимость действующего значения выходного напряжения U_вых  от действующего значения входного напряжения U_вх  (но может представлять собой зависимость амплитудного значения выходного напряжения от амплитудного значения входного напряжения,- отсюда название «амплитудная характеристика»). Значения выходного и входного напряжений измеряются на частоте сигнала f_с= 1000 Гц.