Исследование основных технических показателей усилительного каскада: Методические указания к лабораторной работе по курсам "Электронные устройства роботов" и "Электронные устройства в мехатронике", страница 4

7.  По результатам измерений построить полную амплитудную характеристику от уровня насыщения одного знака до другого.

8.  На построенной амплитудной характеристике выделить линейную область с границами U +вых max, U +вх max и U -вых max, U -вх max.

3.2.  Коэффициент усиления по напряжению K_U.

В общем случае K_U определяется на линейном участке построенной амплитудной характеристики как отношение соответствующих приращений

K_U = Δ U_вых /Δ U_вх . Для усилителей с пренебрежимо малой зоной шумов коэффициент усиления может быть определён по измерению в одной точке внутри зоны линейности вблизи от её границы    K_U = U_выхmax / U_вхmax.

3.3.  Измерение входного сопротивления  R_вх.

Известно, что R_вх = U_вх / I_вх. С помощью чувствительного вольтметра напряжение U_вх может быть измерено непосредственно на входных клеммах усилителя. Входной ток I_вх, как правило, не может быть измерен непосредственно с помощью измерительной аппаратуры и его значение приходится получать косвенным образом, вводя во входную цепь схему последовательно дополнительный измерительный резистор R_изм с известной величиной сопротивления.

Схема измерения входного сопротивления усилителя имеет вид, изображённый на рис. 9.

Рис. 9

Измерив вольтметром величины напряжений U_с и U_вх можно определить величину падения напряжения на измерительном резисторе R_и от протекания входного тока I_вх;    I_вх ∙ R_и = U_с - U_вх, откуда определим I_вх = (U_с - U_вх) / R_и  и затем – величину R_вх. Сопротивление измерительного резистора необходимо выбирать примерно равным предполагаемой величине входного сопротивления.

Методика определения входного сопротивления усилителя R_вх.

1.  Собрать схему эксперимента в соответствии с рис. 9, предварительно выбрав сопротивление измерительного резистора R_и. Применительно к усилителю переменного тока для эксперимента потребуются: измерительный генератор типа Г3-111, чувствительный вольтметр типа В7-35 и электронный осциллограф для контроля нелинейных искажений.

2.  На выходе измерительного генератора установить сигнал с частотой f_с = 1000 Гц  и напряжением такой величины, чтобы выходное напряжение усилителя соответствовало зоне линейности вблизи от её границы. Отсутствие нелинейных искажений проверяется осциллографом.

3.  Последовательно вольтметром измерить напряжения U_с и U_вх, соблюдая одноимённость общих проводов усилителя и вольтметра.

4.  По результатам измерений вычислить значение R_вх в соответствии с формулой  R_вх = U_вх / I_вх = U_вх / [(U_с - U_вх) / R_и ] = R_и∙U_вх / (U_с - U_вх).

3.4. Измерение выходного сопротивления  R_вых.

Величина выходного сопротивления равна  R_вых = Δ U_вых /Δ I_{вых .}  Поэтому, для определения  R_вых  необходимо выполнить два измерения. Схема  проведения измерений в общем случае представлена на рис.10. Здесь к  входу исследуемого усилителя подключён источник входного сигнала. В случае усилителя переменного тока это может быть измерительный генератор. В схеме используется измерительный резистор, величина сопротивления которого соизмерима с сопротивлением нагрузки  R_н.

Рис. 10

Первое измерение производится при наличии в схеме измерительного резистора. Общее сопротивление нагрузки равно R_н1 = R_н + R_изм > R_н и выходное напряжение U_вых1 возрастает, что может привести к появлению нелинейных искажений.

Значение выходного тока при этом равно  I_вых1 = U_вых1 / (R_н + R_и).

Второе измерение производится при отсутствии в схеме измерительного резистора R_изм = 0. Сопротивление нагрузки при этом равно R_н2 = R_н. Выходное напряжение U_вых2 уменьшается, а выходной ток увеличивается  I_вых2 = U_вых1 / R_н.

После определения разностей Δ U_вых = U_вых1 - U_вых2 и Δ I_вых = I_вых1 - I_вых2 выходное сопротивление находится как отношение этих разностей, причём надо иметь в виду, что R_вых имеет положительную величину.

В частном случае, когда исследуемый усилитель может работать в режиме холостого хода без риска выхода из строя, процедура определения R_вых может быть упрощена. Учитывая, что в режиме холостого хода R_н = ∞, сопротивление измерительного резистора должно быть равно R_изм = ∞, первое измерение производится при отключённом сопротивлении нагрузки R_н. Измеренное выходное напряжение   U_вых1 соответствует напряжению холостого хода  U_вых1 =   U_{вых хх},  а выходной ток  I_вых1 = 0. Второе измерение производится при подключённом сопротивлении нагрузки  R_н. Выходное напряжение  U_вых2 =  U_вых, а выходной ток равен