Лабораторная работа № 6 Тема: Исследование характеристик усилительных каскадов на операционном усилителе

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 83Следующая ⇒

Таблица 3

Iк, мА

Uкэ, В

2. Подав на вход синусоидальный сигнал с частотой f = 1кГц и амплитудой U_m = 100мВ, проверить работоспособность усилительного каскада. Определить коэффициент усиления K_uхх. Сравнить с расчетом.

● Установить режим расчета схемы во временной области (Analysis – Setup – Transient...) с параметрами: Print Step = 20us; Final Time = 5ms.

● Установить на входе и выходе схемы маркеры для вывода осциллограмм напряжения ( );

● Запустить программу расчета PSpice (F11или пиктограмма ). В окне программы с помощью электронных курсоров определить амплитуду входного и выходного синусоидального сигнала. Курсоры доступны после нажатия на пиктограмму , и их можно перемещать левой или правой кнопками мыши. В окошке Probe Cursor первая колонка цифр - для оси абсцисс (X), вторая колонка для оси ординат (Y). Для более точных измерений любой элемент графика можно увеличить с помощью окна, доступного после команд View - Area. Размеры окна регулируются при нажатой левой кнопки мыши. Для возвращения в программу нужно закрыть окна программ Probe и PSpice. Коэффициент усиления каскада в режиме холостого хода (RH = 100k) определяется как отношение амплитуд неискаженного выходного сигнала к входному ( ).

3. Увеличивая амплитуду входного сигнала до 1В, наблюдать за изменением амплитуды и формы выходного сигнала. Для этого можно воспользоваться глобальным параметром AMPL и повторять п.3 рабочего задания требуемое количество раз. Однако лучше автоматизировать этот процесс.

Для этого необходимо:

● Для синусоидального источника входного сигнала установить: AC=1; DC=0; VOFF=0; VAMPL={AMPL}; FREQ=1k.

● Установить директиву PARAM на рабочее поле схемы (Рис.2) из библиотеки элементов (Draw – Get New Part);

● В свойствах директивы PARAM внести изменения: NAME1 = AMPL, VALUE1 = 100mV;

● Установить (Analysis - Setup) режим PARAMETRIC со следующими параметрами: Global Parameter; Linear; Name = AMPL; Start Value = 100mV; End Value = 1V; Increment = 100mV.

● Произвести расчет схемы (F11или пиктограмма ) и получить набор графиков входного синусоидального напряжения и выходного сигнала. При запросе системы о выборе графика для вывода на экран "нажать" кнопку OK. В левой нижней части экрана расположены цветные идентификаторы для каждого из графиков. При активизации электронных курсоров перенос курсора с одного графика на другой производится щелчком кнопки мыши на выбранном идентификаторе. Определить как положительные, так и отрицательные максимальные значения выходного напряжения.

Таблица 3

Uвх, В

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

U+вых, В

U-вых, В

● Результаты свести в таблицу и построить зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала U_вых(U_вх) – амплитудную характеристику. Определить динамический диапазон входного сигнала.

4. Снять частотную характеристику усилительного каскада и определить коэффициент усиления усилителя в полосе пропускания K_uхх и граничные частоты усиления f_н и f_в.

Отключить режимы PARAMETRIC и TRANSIENT. Установить режим анализа по переменному току (AC Sweep) с параметрами: Decade, Pts/Decade = 101, Start Freq = 10, End Freq = 1Meg.

Отключить маркер входного сигнала, а к выходу схемы подключить специальный маркер для измерения коэффициента передачи в децибелах (Markers - Mark Advanced – Vdb). В этом случае выходной сигнал равен коэффициенту усиления, т.к. U_вх=1В. Однако коэффициент усиления в этом случае измеряется в децибелах: K(дБ)= 20Lg(U_вых/U_вх).

Запустить схему на расчет и получить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) транзисторного каскада.

С помощью электронных курсоров определить коэффициент усиления в области средних частот, а на уровне –3дБ определить граничные частоты.

Таблица 4

K_uхх

f_н

f_в

5. Определить входное сопротивление каскада R_вх, сравнить с расчетом.

Для определения входного сопротивления необходимо нанести (Trace – Add) график зависимости входного сопротивления от частоты (остальные графики удалить). Это можно сделать, записав в командной строке окна Trace Expression выражение: V(V1:+)/I(V1), где V1 – условное обозначение источника входного сигнала.

Определить входное сопротивление в области средних частот и сравнить с расчетом.

6. Меняя сопротивление нагрузки в диапазоне 10…100 кОм, построить график K_u(R_н). Определить выходное сопротивление усилителя.

Установить режим PARAMETRIC с параметрами: Name = RL; Decade; Start Value = 100k; End Value = 10k; Pts/Decade = 2.

Запустить схему на расчет (F11или пиктограмма ) и получить семейство амплитудно-частотных характеристик усилителя.

Определить коэффициент усиления для всех значений нагрузки и затем построить график K_u(R_н).

Выходное сопротивление усилителя можно определить из соотношения или с помощью графика K_u(R_н) по уровню 0,5K_uхх.

Таблица 5

Rн, кОм

Кихх, дБ

5. Методические указания

К основным параметрам усилительных каскадов относятся:

 - коэффициент усиления напряжения;

 - входное сопротивление каскада;

 - выходное сопротивление каскада.

Основные параметры каскадов можно рассчитать, используя h-параметры малосигнальной схемы замещения транзистора:

В современных справочниках h-параметры не задаются. В этом случае их можно приближенно определить через рабочий ток транзистора I_к и коэффициент усиления  следующим образом:

, ,

Здесь _т - тепловой потенциал, который для комнатной температуры +20°С примерно равен 25 мВ.

Содержание отчета

1. В отчете указать тему, цель работы
2. Описать основные этапы выполнения работы
3. Привести заполненные таблицы и данные, полученные в результате вычислений и эксперимента
4. Записать выводы по проделанной работе

Контрольные вопросы

1. Поясните, как определили напряжение на коллекторе, базе и эмиттере транзистора в OrCAD
2. Как в программе PSpice определить амплитуду входного и выходного синусоидальных сигналов?
3. Что происходит при увеличении амплитуды входного сигнала до 1В?
4. Как снять частотную характеристику усилительного каскада?
5. Как определить входное сопротивление каскада Rвх?
6. Как определить выходное сопротивление усилителя?

Цель работы:Изучение характеристик и параметров интегрального операционного усилителя и исследование работы усилительных схем на его основе

Оборудование рабочего места:ПК, ПО

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману