МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА ВВЕДЕНИЕ Цель работы Исследование влияния отрицательной обратной связи (ООС) на основные параметры и характеристики усилительного каскада при включении биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером: коэффициент усиления по направлению, амплитудную и амплитудно-частотные характеристики, граничные частоты, входное и выходное сопротивления. Краткое содержание работы 1. Изучение теоретических вопросов использования ООС для улучшения характеристик и параметров усилительных каскадов. 2. Расчет параметров и выбор элементов усилительных каскадов с ООС. 3. Оформление домашнего расчетного задания (предъявляется преподавателю каждым студентом перед работой). 4. Изучение содержания и методики экспериментального исследования усилительных каскадов с ООС. 5. Проведение экспериментальных исследований в лаборатории. 6. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований. 7. Оформление отчета по лабораторной работе (1 отчет на бригаду). 8. Индивидуальная защита отчёта по лабораторной работе. 1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ 1. 1. Состав рабочего места Каждое рабочее место в лаборатории оборудовано универсальным лабораторным стендом и следующими стандартными контрольно-измерительными приборами: генератор сигналов произвольной формы АСК-4106, осциллограф двухканальный цифровой запоминающий АСК-4106, вольтметр постоянного и переменного тока В7-26. Рабочее место рассчитано на работу бригады из 2 – 4 студентов. 1. 2. Описание лабораторного стенда и платы «Усилительный каскад на биполярном транзисторе с ООС» к лабораторной работе № 3 Стенд является универсальным, обеспечивает весь комплекс лабораторных работ по курсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств». Лабораторный стенд включает: 1. Блок питания, который обеспечивает четыре выходных напряжения: 15 В при токе нагрузки до 0,1 А, 6,3 В при токе нагрузки до 1 А. На задней панели стенда располагаются гнезда для контроля и регулировки напряжений источников питания. И1 генератор осциллограф генератор И2 U1 U2 № 3, 4 0,2В 2В 20В 0,2В 2В 20В сеть вкл откл Рис. 1. Общий вид лабораторного стенда 2. Блок измерителей и индикаторов (два цифровых вольтметра), обеспечивающих измерение и индикацию амплитуды сигналов на входе и выходе исследуемого устройства в двух режимах: постоянного тока и переменного тока. Индикаторы амплитуды сигналов (И1, И2) и переключатели режима измерения («~», «0,2 В», «2 В», «20 В») цифровых вольтметров установлены на передней панели лабораторного стенда (рис. 1). Измерительные входы цифровых вольтметров через соединительный разъем выведены на плату с исследуемым устройством. 3. Исследуемое устройство на съемных платах. Плата с исследуемым устройством, соответствующая номеру выполняемой лабораторной работы, вставляется в гнезда соединительного разъема. На задней панели лабораторного стенда установлены маркированные байонетные разъемы, к которым подключаются соответствующие контрольно-измерительные приборы. Измерительные входы приборов через соединительный разъем также выведены на съемную плату (рис. 1). Схема платы «Усилительного каскада на биполярном транзисторе с обратной связью» приведена на рис. 2. На плате установлен биполярный транзистор VT (КТ312Б) с потенциометром RБ (10 – 680 кОм), постоянно включенным между базой транзистора и гнездом + 𝐸п (+15 В), а также выполнена разводка (на рис. 2 – сплошные линии, на плате – линии черного цвета). Все остальные элементы схемы, обозначенные на рисунке пунктиром (на плате – красным цветом), – навесные, за исключением конденсатора 𝐶C1 , встроенного в плату. Навесные элементы устанавливаются на плату при сборке исследуемой схемы. К схеме подведено напряжение питания + 𝐸п (+15 В). На плату выведены гнезда источника питания, генератора, осциллографа, внешнего вольтметра и цифровых вольтметров стенда, причем, входы внешнего вольтметра включены параллельно с входами цифровых вольтметров. ЕП + СФ RФ Rб СОС СС2 СС1 RГ/Rд RК VT RН CН СОС R RОС Рис. 2. Плата стенда «Усилительный каскад на биполярном транзисторе с обратной связью» Все гнезда на макете, обозначенные , соединены с корпусом постоянно. Рекомендуется схема питания с фиксированным током базы. Возможно также включение транзистора и с фиксированным напряжением на базе транзистора. Для обеспечения требуемого линейного режима работы транзистора необходимо выставлять на коллекторе напряжение примерно Uк =𝐸п /2. Измерения по постоянному току можно проводить с помощью или цифровых вольтметров стенда, внешнего вольтметра, или, используя открытые входы осциллографа (предпочтителен последний вариант). Величины сопротивления в цепи коллектора 𝑅к и сопротивления нагрузки Rн выбираются по номеру бригады в соответствии с табл. 1. Таблица 1 Номер стола 1 2 3 4 5 6 7 8 𝑅к , кОм 0,75 1,1 2,2 1,3 1,8 2,0 1,6 0,82 𝑅н , кОм 2,0 3,8 1.2 2,7 2,2 3,3 2,5 1,8 Сопротивление источника сигнала выбирается равным 𝑅г (𝑅д ) =1 кОм. Емкости связи равны: 𝐶C1 = 47,0 мкФ; 𝐶C2 = 0,1 мкФ. Емкость нагрузки 𝐶н = 1 нФ. Величина емкости СОС зависит от вида ООС. Емкость 𝐶C1 постоянно включена в плате, а Rг (𝑅д ), 𝐶C2 , 𝐶н и 𝐶ос включаются в схему при сборке усилительных каскадов. Основные параметры транзистора КТ312Б приведены в Прил. 1 . 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЗАДАНИЯ 2.1. Нарисовать схемы испытаний для исследования усилительных каскадов в схеме с ОЭ без ООС, с ООС по току последовательного вида, с ООС по напряжению параллельного вида с учетом возможностей лабораторного стенда и опыта выполнения лабораторных работ № 1 и 2. 2.2. Рассчитать параметры усилительного каскада в схеме о ОЭ без ООС: коэффициенты усиления по напряжению K0 и KЕ, нижние и верхние граничные частоты каскада fн и fв, сквозные fНЕ и fВЕ, входные и выходные сопротивления при Rг=1 кОм (по методике, изложенной в методических указаниях к лабораторным работам № 1 и 2 [6]). 2.3. Рассчитать элементы цепи обратной связи усилительных каскадов в схеме с ОЭ с ООС по току последовательного вида (Rос) и с ООС по напряжению параллельного вида (Rос) при факторе обратной связи F = 3 и Rг = 1 кОм. 2.4. Рассчитать коэффициенты усиления по напряжению K0 и KЕ, входные и выходные сопротивления (Rвх, Rвых), нижние и верхние граничные частоты (fн, fв, fНЕ и fВЕ) [1 – 5] при факторе обратной связи F = 3 и Rг = 1 кОм для случаев: а) усилительный каскад с частотно-независимой ООС по току последовательного вида; б) усилительный каскад с частотно-независимой ООС по напряжению параллельного вида. Все результаты расчетов свести в табл. 2 . Таблица 2 Параметры Схема K0 KЕ Rвх, Ом Rвых, кОм fн, Гц fНЕ, Гц fв, Гц fВЕ, Гц Каскад без ООС Каскад с ООС по току последовательного вида Каскад с ООС по напряжению параллельного вида 2.5. Рассчитать величины «оптимальных» емкостей Сос опт для условий оптимальной высокочастотной коррекции при Сн = 1 нФ и F = 3 (каскад с частотнозависимой ООС по току последовательного вида). Рассчитать верхние граничные частоты при Сос= Сос опт; Сос= 2Сос опт; Сос= Сос опт/2. 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ВЫПОЛНЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЗАДАНИЯ ПО В усилительных устройствах обратной называют связь, обеспечивающую передачу сигнала из его выходной цепи во входную. Она используется для стабилизации коэффициента усиления, уменьшения искажений усиливаемого сигнала и повышения стабильности режима работы усилительного элемента, а также для улучшения других параметров и характеристик усилителя [1 – 3]. 3. 1. Передаточная функция линейного устройства с обратной связью Представим линейное устройство с обратной связью следующей упрощенной структурной схемой (рис. 3). Uвх Uвых U1 + K(j) Uос (j) Рис. 3. Структурная схема усилителя с обратной связью Комплексный коэффициент передачи усилителя с обратной связью 𝐾ос (𝑗𝜔) можно записать следующим образом: 𝐾ос (𝑗𝜔) = 𝐾(𝑗𝜔) 1−𝛽ос (𝑗𝜔)𝐾(𝑗𝜔) = 𝐾ос (𝜔)𝑒 −𝑗𝜙(𝜔) , где 𝐾(𝑗𝜔) – комплексный коэффициент передачи усилителя без обратной связи; ос(j) – комплексный коэффициент передачи цепи обратной связи; 𝐹 – фактор обратной связи. Если на заданной частоте выполняется неравенство 𝐹 = |1 − 𝛽ос (𝑗𝜔)𝐾(𝑗𝜔)| > 1, то введение обратной связи уменьшает модуль комплексного коэффициента передачи и, следовательно, амплитуду выходного сигнала. Такую связь называют отрицательной обратной связью (ООС). Если выполняется обратное неравенство: 𝐹 = |1 − 𝛽ос (𝑗𝜔)𝐾(𝑗𝜔)| < 1, то в системе реализуется положительная обратная связь (ПОС). 3. 2. Классификация видов обратных связей 1. По принципу образования различают: искусственную (создаваемую с помощью специальных элементов); паразитную (возникающую главным образом из-за конструктивных несовершенств) обратные связи. 2. По глубине охвата: общую обратную связь (соединяющую входные и выходные выводы усилительного устройства в целом); местные обратные связи (соединяющие входные и выходные выводы одного каскада). 3. По виду зависимости |𝛽oc (𝑗𝜔) | от частоты: активная, или частотно-независимая, ОС – |𝛽oc (𝑗𝜔)| = const; комплексная, или частотно-зависимая, ОС – |𝛽oc (𝑗𝜔)| ≠ const 4. По знаку активной составляющей |𝛽oc (𝑗𝜔) | – положительная и отрицательная ОС. 5. По способу снятия сигнала ОС с выхода усилительного каскада различают ОС по напряжению и по току. 6. По способу подачи сигнала ОС на вход усилительного каскада различают последовательную и параллельную ОС. 7. По способу снятия с выхода и подачи на вход устройства различают четыре вида ОС: параллельная обратная связь по напряжению (Y-типа) (см. рис. 4, а); последовательная обратная связь по току (Z-типа) (рис. 4, б); последовательная обратная связь по напряжению (Н-типа) (рис. 4, в); параллельная обратная связь по току (F-типа) (рис. 4, г). 8. По степени зависимости петель ОС: независимые местные петли ОС (рис. 5, а); местные перекрещивающиеся петли ОС (рис. 5, б); комбинации независимых и перекрещивающихся петель ОС (рис. 5, в). 3. 3. Параметры, характеризующие обратную связь 1. Коэффициент обратной связи: 𝑈oc по напряжению 𝛽𝑢ос = по току 𝛽𝑖oc = oc . 𝑈вых ; 𝐼 𝐼вых 2. Петлевое усиление 𝛽̇oc 𝐾̇: по напряжению 𝑈̇ 𝛽̇𝑢oc 𝐾̇𝑢 = oc ; ̇ по току 𝐼̇ 𝛽̇𝑖oc 𝐾̇𝑖 = oċ . 𝑈1 𝐼1 I1 Iвх K(j) Iос Uвх Uвых U1 Uвх Zн ос(j) Uос ос(j) б K(j) Iвх Uвых I1 Uвых K(j) Zн Uвх Uос Uвых Zн a U1 K(j) Uвх ос(j) Iос Zн ос(j) в г Рис. 4. Основные способы подключения цепи обратной связи к усилителю: а – OC по напряжению параллельного вида; б – OC по току последовательного вида; в – OC по напряжению последовательного вида; г – OC по току параллельного вида. Uвх K1 K2 K3 ос1 ос2 ос3 Uвых a Uвх K1 K2 ос1 K3 Uвых ос2 б Рис. 5. Многоканальные местные обратные связи: а – независимые; б – перекрещивающиеся 3. Фактор (глубина) обратной связи 𝐹̇ = 1 − 𝛽̇oc 𝐾̇: ̇ ̇ 𝑈1 𝑈1 по напряжению 𝑈 𝑈 𝐹𝑢̇ = вх = 1 − oc ; ̇ ̇ по току 𝐼 𝐼 𝐹𝑖̇ = вх̇ = 1 − oċ . ̇ ̇ 𝐼1 𝐼1 При отрицательной обратной связи 𝛽oc < 0, |𝐹| > 1. 4. Фактор обратной связи при разомкнутой цепи источника сигнала (холостой ход в цепи источника сигнала) F1 F1 = 1 + βос maxKu, где ос max – максимальный коэффициент передачи цепи ОС. 5. Фактор обратной связи при разомкнутой цепи в нагрузке (холостой ход в нагрузке) F2. F2 = 1 + βос Ku max, где Ku max – максимальный коэффициент усиления основного звена. 3. 4. Влияние обратной связи на стабильность усиления Рассмотрим влияние ОС на стабильность коэффициента усиления на примере ООС по напряжению последовательного вида. Эта ООС вводится в усилитель, в том числе для стабилизации коэффициента усиления по напряжению. 𝐾𝑢 При этом 𝐾𝑢 ос = . (1+𝛽ос 𝐾𝑢 ) Напомним, что если стабилизируется коэффициент усиления по напряжению, то коэффициент усиления по току дестабилизируется, и наоборот. Практически, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления усилителя с ООС, во столько же раз возрастает его стабильность. Можно получить выражение для расчета относительного коэффициента усиления усилителя при введении ЭДС: 𝛿𝐾𝑢ос = где 𝛿𝐾𝑢ос = 𝛥𝐾𝑢ос 𝐾𝑢ос ; 𝛿𝐾𝑢 = 𝛥𝐾𝑢 𝐾𝑢 1 1+𝛽𝑢oc 𝐾𝑢 𝛿𝐾𝑢 + ; 𝛿𝛽𝑢oc = 𝛥𝛽𝑢oc 𝛽𝑢oc 𝛽𝑢ос 𝐾𝑢 1+𝛽𝑢ос 𝐾𝑢 𝛿𝛽𝑢ос , . 𝛥, 𝛿 – соответственно абсолютное и относительное изменения величин. При глубокой ООС, когда 𝛽𝑢ос 𝐾𝑢 >> 1, получим 𝛿𝐾𝑢ос ≈ 1 1+𝛽𝑢ос 𝐾𝑢 𝛿𝐾𝑢 + 𝛿𝛽𝑢ос = 𝛿𝐾𝑢 𝐹 + 𝛿𝛽𝑢ос . Полученное выражение показывает, что относительное изменение коэффициента усиления усилителя с ООС складывается из уменьшенного в (1 + 𝛽𝑢 oc 𝐾𝑢 ) раз относительного изменения коэффициента усиления усилителя без ОС и относительного изменения коэффициента передачи цепи ОС. Таким обра- зом, пределом, к которому стремится стабильность 𝐾𝑢ос при 𝛽𝑢oc 𝐾𝑢 → ∞, является стабильность коэффициента передачи цепи ОС. Поэтому цепь ОС должна выполняться из высокостабильных элементов. 3. 5. Влияние обратной связи на амплитудную характеристику Амплитудная характеристика представляет зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения. При ООС по напряжению последовательного вида, действующих на входах и выходах усилителя и цепи ОС, можно записать (рис. 4, в): Uвх = U1 + Uос, где Uвых = f(U1) – амплитудная характеристика цепи без ОС, Uoc = 𝛽𝑢oc Uвых – амплитудная характеристика цепи ОС линейная, если цепь ОС состоит только из пассивных элементов. Uвых = f(Uвх) – амплитудная характеристика усилителя с ОС. Соотношение позволяет графически найти амплитудную характеристику усилителя с ОС по амплитудной характеристике усилителя без ОС. Для этого на одном графике, представленном на рис. 6, строятся амплитудные характеристики усилителя без ОС (сплошная линия) и цепи с ОС (пунктирная линия). Затем задаются значениями Uoc = 𝛽𝑢oc Uвых и находят соответствующие значения Uвх = U1 + Uос. UВЫХ АХ без ОС АХ с ОС АХ цепи ОС О UВХ Рис. 6. Амплитудные характеристики усилительного каскада Повторяя эту процедуру многократно, по точкам получаем искомую амплитудную характеристику усилителя с ОС (штрихпунктирная линия). Как видно из рисунка, амплитудная характеристика усилителя с ОС получается суммированием линейной характеристики цепи ОС с нелинейной характеристикой усили- теля без ОС. Суммарная характеристика имеет существенно большую линейность. Это позволяет при тех же значениях выходного напряжения обеспечить меньший уровень нелинейных искажений. Приближенную количественную оценку влияния ОС на нелинейные искажения можно найти в предположении, что сам усилитель линеен, а нелинейные искажения обусловлены действием внешнего источника гармоник, амплитуда которых определяется только уровнем выходного напряжения. В этом случае нелинейные искажения уменьшаются обратной связью во столько раз, во сколько раз падает при введении ОС усиление устройства: 𝐾𝑢ос = 𝐾𝑢 /(1 + 𝛽ос 𝐾𝑢 ). Приближенность такого рассмотрения состоит в том, что не учитывается вторичное искажение сигнала гармоник при прохождении по контуру ОС. Такие же выводы можно сделать о влиянии ОС на любой источник шумов, фона и т.д. Если источник находится в цепи усилителя, охваченного ООС, то эффект от его действия на выходе усилителя уменьшается в 𝐹 = (1 + 𝛽oc 𝐾𝑢 ) раз. 3. 6. Усилительный каскад на биполярном транзисторе в схеме включения с ОЭ и отрицательной обратной связью Y-типа (параллельная по напряжению) Структурная и принципиальная схемы усилительного каскада с ОЭ при ООС по напряжению параллельного вида приведены на рис. 7. Rг Uвх K(j) ~ Eг +Еп Uвых RОС Rн Rб RК СОС СС2 СС1 Uос ос(j) RН СН Uвых Uвх а б Рис. 7. Структурная (а) и принципиальная (б) схемы усилительного каскада с ООС по напряжению параллельного вида Цепь обратной связи представлена двухполюсником Rос, Соc. Для описания общих свойств данного устройства удобно пользоваться системой Y-параметров. Если [Y]K – матрица Y-параметров усилительного каскада без ОС, [𝑌ос ]𝛽 – матрица Y-параметров цепи ОС, то матрица Y-параметров усилительного устройства, охваченного ОС, равна: 𝑦11 𝑦12 𝑦 𝑦 𝑦 𝑦 [𝑌]𝐾ос = [𝑌]𝐾 + [𝑌]𝛽oc = |𝑦11 𝑦12 | + | 𝑦 ос 𝑦 oc | ≈ |𝑦11 𝑦12oc |, 21oc 22oc 21 22 21 22 oc 𝑦11ос = −𝑦12ос = −𝑦21ос = 𝑦22ос = 1/𝑅oc , 𝑦11 >> 𝑦11ос ; 𝑦21 >> 𝑦21ос ; 𝑦22 >> 𝑦22ос ; 𝑦12ос >> 𝑦12 . В табл. 3 приведены выражения для основных параметров усилительного каскада без обратной связи и с ОС. Таблица 3 Параметр Ku Без ОС (𝑦12ос = 0) 𝑦21 − 𝑦22 + 𝑦н С ООС − 𝑦21 𝑦22 + 𝑦н 𝐾𝑢ос = 𝐾𝑢 Yвх y11 𝑦11 + 𝑦12 ос 𝐾𝑢 𝑦вхос = 𝑦вх 𝐹1 Yвых y22 𝑦21 𝑦12 ос 𝑦выхос = 𝑦вых 𝐹2 𝑦22 − 𝑦вх + 𝑦г 𝑦н 𝐾𝑢 𝑦вх 𝑦г 𝐾𝑢 𝑦вх + 𝑦г 𝑦н 𝑦11 𝑦г 𝐾𝑢 𝑦11 + 𝑦г 𝐾𝑢 Ki KE 𝐾𝑖 𝐹2 𝐾 𝐾𝐸ос = 𝐹 𝐾𝑖ос = Величина факторов обратной связи F1 и F2, используемых в табл. 3, определяется следующим образом: 𝐹1 = 1 + ос max 𝐾𝑢 = 1 + 𝑆𝑅0 𝑅вх тр 𝑅вх тр +𝑅ос 𝐹2 = 1 + ос 𝐾𝑢𝑚𝑎𝑥 = 1 + 𝑆𝑅𝐾 𝑅′вх 𝑅′вх +𝑅ос , , где S – крутизна транзистора; 𝑅0 = 𝑅𝑖 ||𝑅к ||𝑅н ≈ 𝑅к 𝑅н /(𝑅к + 𝑅н ); 𝑅вх тр = ℎ11э = 𝑟б + 𝑟э (1 + 𝛽); ′ 𝑅вх = 𝑅вх тр ∥ 𝑅г = 𝑅вх тр 𝑅г /(𝑅вх тр + 𝑅г ), где RГ = 1 кОм – сопротивление источника сигнала. Следует иметь в виду, что ООС влияет на те параметры и характеристики усилителя, которые определяются элементами каскада, охваченными петлей ОС. В данной лабораторной работе исследуется случай частотно-независимой ООС. Для схемы, приведенной на рис. 7, это обеспечивается выбором величины емкости связи Сос из следующего условия: 𝑋oc = 1 2𝜋𝑓н 𝐶oc << 𝑅oc . В этом случае обратная связь по напряжению уменьшает постоянную времени усилителя в (𝐹 = 1 + 𝛽𝑢oc 𝐾𝑢 ) раз: 𝐾𝐸ос = 𝐾𝐸0 /(1+𝑝𝜏) 1+𝛽𝑢oc 𝐾𝐸0 /(1+𝑝𝜏) ≈ 𝐾𝐸0 1 , 1+𝛽𝑢oc 𝐾𝐸0 1+𝑝𝜏/(1+𝛽𝑢oc 𝐾𝐸0 ) где 𝜏 – постоянная времени транзистора; 𝐾𝐸0ос = 𝐾𝐸0 1+𝛽𝑢ос 𝐾𝐸0 – коэффициент усиления по напряжению усилителя с ООС. Фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами при введении в усилитель ООС уменьшается в F раз: 𝜙𝐸ос = 𝜙𝐸 1+𝛽𝑢oc 𝐾 = 𝜙𝐸 𝐹 . Рекомендуется следующий порядок расчета усилительного каскада с ООС по напряжению параллельного вида (рис. 7). В данной работе исходными являются параметры усилительного каскада в схеме с ОЭ без ООС, величина Rг = 1,0 кОм и необходимый фактор обратной связи F = 3. Исходя из этого находятся необходимые коэффициент передачи частотнонезависимой ООС 𝛽𝑢oc и величина сопротивления цепи ОС Rос, используя следующие выражения: 𝛽𝑢oc ≈ 𝑅вх ос ′ 𝑅вх ос +𝑅oc = 𝐹−1 1+𝐾0 −𝐹 𝐾0 𝐹−1 ; 𝑅ос = 𝑅вх ос , где K0 = SR0 – коэффициент усиления каскада без ОС в области средних частот. Следует учитывать, что цепь обратной связи не должна шунтировать выходную цепь усилительного каскада, т. е. 𝑅oc >> 𝑅вых ; 𝑅oc >> 𝑅н . Далее находим величины факторов ООС F1, F2. Согласно выражениям, приведенным в табл. 3, вычисляем: коэффициент усиления каскада, охваченного ООС, равен коэффициенту усиления каскада без ООС: 𝐾𝑢ос = 𝐾𝑢 ; сквозной коэффициент усиления каскада с ООС: 𝐾𝐸ос = 𝐾𝐸 /𝐹; входное сопротивление каскада: 𝑅вх ос = 𝑅вх /𝐹2 ; выходное сопротивление каскада: 𝑅вых ос = 𝑅вых /𝐹1 . На рис. 8 приведены ожидаемые амплитудно-частотные характеристики усилительного каскада для Ku (а) и KЕ (б) без ООС и с ООС. Постоянная времени данного каскада в области верхних частот для сквозной АЧХ равна: 𝜏ВЕ ос = 𝜏ВЕ /𝐹, а верхняя граничная частота: 𝑓ВЕ ос = 𝑓ВЕ 𝐹. Постоянная времени каскада в области нижних частот 𝜏HE и соответственно нижняя граничная частота 𝑓HE также изменяются в F раз при условии, что источник низкочастотных искажений (СС2) находится внутри петли ОС, а именно: 𝜏HE ос = 𝜏HE 𝐹, 𝑓HE ос = 𝑓HE /𝐹. KE Ku Ku= Ku ос 1,2 0,7 Ku KE 1 0,7 KE 2 KE ос 0,7 KE ос f fн= fн ос fв= fв ос fНЕ ос а fВЕ fНЕ б f fВЕ ос Рис. 8. Амплитудно-частотные характеристики каскада (а – Ku, б – KЕ) без ООС (1) и с ООС по напряжению параллельного вида (2) 3. 7. Усилительный каскад на биполярном транзисторе в схеме включения с ОЭ и отрицательной обратной связью Z-типа (последовательная по току) Структурная и принципиальная схемы усилительного каскада в схеме с ОЭ при ООС по току последовательного вида приведены на рис. 9. ЕП RГ UBX K(j) UBЫX Rб RК ZН ~ СС2 СС1 EГ UOC ОС(j) RН СН UВЫХ UВХ RОС а б Рис. 9. Структурная (а) и принципиальная (б) схемы усилительного каскада с ООС по току последовательного вида Обратная связь в данной схеме обеспечивается резистором Rос. Напряжение ОС Uос пропорционально току, протекающему через нагрузку и транзистор. Для описания общих свойств данной схемы удобно пользоваться системой Z-параметров. Если [Z]K – матрица Z-параметров усилительного каскада без ОС, [𝑍ос ]𝛽 – матрица Z-параметров цепи ОС, то матрица Z-параметров усилительного каскада, охваченного ОС по току последовательного вида, равна: 𝑍 𝑍12ос 𝑍 𝑍12 𝑍 𝑍12ос [𝑍]𝐾ос = [𝑍]𝐾 + [𝑍ос ]𝛽oc = | 11 | + | 11ос | ≈ | 11 | 𝑍21 𝑍22 𝑍21ос 𝑍22ос 𝑍21 𝑍22 oc Для данной схемы имеем: 𝑍11ос = 𝑍12ос = 𝑍21ос = 𝑍22ос = 𝑅oc . Используя метод четырехполюсников, согласно выражениям, приведенным в [1], [2], можно вычислить все основные параметры усилительного каскада. Анализ усилительного каскада с ООС по току последовательного вида можно так же провести и методом физических эквивалентных схем, используя выражения, приведенные в [1], [2]. Для данного усилительного каскада (рис. 9) можем записать следующие выражения: Uвых = (Uвх – Uос)Ku; Uос = IэRос = UвыхRос /R0. Коэффициент усиления каскада с ООС по току последовательного вида равен: ̇ 𝑈 𝐾̇𝑢ос = вых = ̇ 𝑈вх 𝐾̇𝑢 , 1+𝛽̇𝑢oc 𝐾̇𝑢 где 𝛽̇𝑢oc – коэффициент передачи цепи ОС. В лабораторной работе задан фактор ОС F = 3. Для анализа каскада необходимо вычислить коэффициент передачи цепи ОС и соответственно величину сопротивления ОС. При 𝛽𝑢ос = 𝑈ос 𝑈вых = 𝑅ос 𝑅0 = 𝐹−1 𝐾𝑢 и 𝐾𝑢 = 𝑆𝑅0 имеем 𝑅oc ≈ 𝐹−1 𝑆 . Входное сопротивление усилительного каскада с ООС равно: Rвх ос Rвх тр Roc (1 ) , где 𝛽 =25…100 ≈ 50. Постоянные времени усилительного каскада с ООС по току последовательного вида в области нижних и верхних частот, а также граничные частоты вычисляются, используя соответствующие выражения, приведенные в [1], [2], но с учетом параметров данного каскада (Rвх, Rвых). 3. 8. Усилительный каскад с частотно-зависимой ООС по току последовательного вида При помощи частотно-зависимой ООС по току последовательного вида (ООС Z-типа) может проводиться коррекция АЧХ усилительного каскада. Для усилительного каскада с ОЭ элементами коррекции являются резистор Rос и конденсатор Cос (рис. 10, а). Данный вид коррекции, также называемый эмиттерной коррекцией, позволяет расширить полосу пропускания усилительного каскада в области верхних частот (эмиттерная высокочастотная коррекция). Ее достоинства – простота, малогабаритность, эффективность, стабилизация режима работы активных элементов и параметров усилительного каскада, увеличение входного сопротивления. Недостаток – уменьшение коэффициента усиления в области средних частот. Элементы коррекции Rос, Cос создают в каскаде частотно-зависимую отрицательную обратную связь, глубина которой уменьшается с ростом частоты, что ведет к относительному возрастанию коэффициента усиления, росту верхней граничной частоты и появлению подъема в частотной характеристике в области высоких частот (рис. 10, в), уменьшению времени установления и появлению подъема в переходной характеристике (рис. 10, г). Типовые величины: Rос – десятки Ом, Cос – десятки пФ – десятки нФ, в зависимости от диапазона частот и остальных элементов схемы усилительного каскада. Физическая эквивалентная схема каскада (рис. 10, б) показывает, что с ро1 стом частоты за счет уменьшения сопротивления 𝑋Сос = возрастает доля 𝑗𝜔𝐶ос входного напряжения, выделяющаяся на эмиттерном переходе (Uп), и соответственно растет ток в выходной цепи Iк=SпUп, где Sп – внутренняя крутизна транзистора 𝑆п = 𝑑𝐼к 𝑑𝑈п 𝛼 = . 𝑟э Рассмотрим свойства каскада с коррекцией, показанного на рис. 10, а, для случая, когда в нем использован транзистор с хорошими частотными свойствами [1, 2]. Рис. 10. Каскад с эмиттерной высокочастотной коррекцией: а – принципиальная схема, б – эквивалентная схема, в – семейство частотных и г – семейство переходных характеристик: 1. Cос = Cос opt; 2. Cос > Cос opt; 3. Cос < Cос opt; 4. Cос = 0; 5. Cос= ∞. При этом во всем частотном диапазоне выполняется условие fs>>f, и крутизна транзистора имеет вещественное значение S, a Ms(f) = l. Схемное построение рис. 10, а является каскадом с ОЭ, в котором в качестве цепи Z использовано параллельное соединение Rос и конденсатора Cос, т.е. 𝑍 = 𝑅ос 1+𝑗𝜔𝜏ос , где 𝜏ос = 𝑅ос 𝐶ос – постоянная времени корректирующей цепи. В каскадах OЭ коэффициент усиления: 𝐾(𝑗𝜔) = где 𝐾0 = 𝑆𝑅0 1+𝑆𝑅ос 𝑆𝑅0 1 1+𝑗𝜔𝜏в 1+𝑆𝑅ос (1+𝑗𝜔𝜏ос ) 1+𝑗𝜔𝜏 ос = 𝐾0 (1+𝑗𝜔𝜏 )(1+𝑗𝜔𝜏 в , (3.1) ос /𝐹) – номинальный коэффициент усиления; 𝑅0 = 𝑅к ∥ 𝑅н ; 𝐹 = 1 + 𝑆𝑅ос – глубина обратной связи или параметр, характеризующий относительное уменьшение номинального коэффициента усиления, вызванное введением в общий (заземляющий) провод транзистора резистора Rос. Нормированная АЧХ, соответствующая соотношению (3. 1): 𝑀2 (𝜔) = где 𝑚 = 𝜏ос 𝜏в 𝐹 𝐾 2 (𝜔) 𝐾02 = 1+(𝑚𝐹)2 𝑋 2 1+(1+𝑚2 )𝑋 2 +𝑚2 𝑋 4 , (3.2) – коэффициент коррекции; 𝑋 = 𝜔𝜏в – нормированная частота, 𝜏в = 𝐶вых 𝑅0 – постоянная времени усилительного каскада без ООС; 𝑅0 ≃ 𝑅к ∥ 𝑅н ; 𝐶вых = 𝐶вых 0 + 𝐶п + 𝐶м . Согласно (3.2) и принципу Брауде оптимально плоской частотной характеристике отвечает значение параметра коррекции 𝑚опт , являющееся решением уравнения: 2 2 𝑚опт 𝐹 2 = 1 + 𝑚опт , (3.3) т.е. 𝑚опт = 1 . (3.4) √𝐹 2 −1 Этому значению коэффициента оптимальной коррекции 𝑚опт соответствует постоянная времени оптимальной коррекции: 𝜏ос опт = 𝜏в . (3.5) 1 √1−𝐹2 При большой постоянной времени корректирующей цепи, когда 𝜏ос > 𝜏ос опт нормированная АЧХ каскада имеет подъем. При малых значениях этой постоянной времени, когда 𝜏ос < 𝜏ос опт , площадь усиления меньше исходной, соответствующей Rос = 0. Применение эмиттерной коррекции в условиях 𝜏ос = 𝜏ос опт (при m = 𝑚опт ) не приводит к изменению площади усиления, так как в этих условиях введение в схему каскада цепи, состоящей из Rос и Cос, сопровождается уменьшением номинального коэффициента усиления K0 в (1+g21Rос) раз и одновременным увеличением в такое же число раз верхней границы полосы пропускания fв. Семейство графиков нормированной АЧХ для случая применения высокочастотной коррекции, осуществляемой за счет обратной связи, приведено на рис. 11. Построение графиков выполнено при различных значениях параметров F и m', где 𝑚′ = 𝜏в 𝐹 𝜏ос = (𝐹−1) 1 . 𝑚(𝐹−1) (3.6) Расчет условий оптимальной коррекции для усилительного каскада в схеме с ОЭ рекомендуется проводить следующим образом. При заданном значении фактора глубины обратной связи F и расчетных для каждого конкретного варианта усилительного каскада без ООС постоянной времени в области верхних частот 𝜏в и сопротивления ООС по току последователь- ного вида 𝑅ос , используя выражения (3.3), (3.4.) и (3.5), находятся значения коэффициента оптимальной коррекции 𝑚опт , постоянная времени цепи обратной 𝜏ос связи 𝜏ос опт , величина оптимальной емкости в цепи ООС Сос опт = опт . 𝑅ос Рис. 11. Семейство графиков нормированной АЧХ для случая применения высокочастотной коррекции (𝐹0 = 𝐹– глубина ООС) Используя семейство графиков АЧХ, приведенных на рис. 11, при заданной глубине обратной связи F и расчетном согласно (3. 6) значении m' находится граничная нормированная частота в области верхних частот 𝑋в 𝑋 (по уровню 0,7) и вычисляется граничная частота усилительного каскада 𝑓в = в. 𝜏в Граничная частота вычисляется также и при оптимальной коррекции Сос = Сос опт , Сос = Сос опт /2, Сос = 2Сос опт . 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ЗАДАНИЯ 4. 1. Собрать схему усилительного каскада в схеме с ОЭ без ООС при Rг(Rд) =1 кОм, Сн = 1000 пФ, СС2 = 0,1 мкФ, Rк и Rн – согласно табл. 1. Снять сквозные амплитудную и амплитудно-частотную характеристики каскада. Измерить K0, KE, fНЕ, fВЕ, Rвх. 4. 2. Собрать схему усилительного каскада в схеме с ОЭ и с ООС по току последовательного вида при факторе обратной связи F = 3, Rг = 1 кОм, Сн = 1000 пФ, СС2 = 0,1 мкФ, Rк и Rн – согласно табл. 1. Снять сквозные амплитудную и амплитудно-частотную характеристики каскада. Измерить 𝐾0ос , 𝐾𝐸ос , 𝑓HE ос , 𝑓BE ос , 𝑅вх ос . 4. 3. Собрать схему усилительного каскада в схеме с ОЭ и с ООС по напряжению параллельного вида при факторе обратной связи F = 3, Rг = 1 кОм, Сн = 1000 пФ, Сос=1 мкФ, СС2 = 0,1 мкФ, Rк и Rн – согласно табл. 1. Снять сквозные амплитудную и амплитудно-частотную характеристики каскада. Измерить 𝐾0ос , 𝐾𝐸ос , 𝑓HE ос , 𝑓BE ос , 𝑅вх ос . 4. 4. Собрать схему усилительного каскада в схеме с ОЭ с высокочастотной коррекцией (ООС по току последовательного вида) при F = 3, Rг = 1 кОм, Сн = 1 нФ, СС2 = 0,1 мкФ, Rк и Rн – согласно табл. 1. Снять сквозную амплитудно-частотную характеристику в области средних и верхних частот при Cос = Cос опт; Cос > Cос опт; Cос < Cос опт. Снять переходные характеристики усилителя с высокочастотной эмиттерной коррекцией в области малых времен (формы переднего фронта выходного импульса при 𝜏и = 10 мкс) при условиях, заданных в п.3. 4. 5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 5. 1. Снятие сквозной амплитудной характеристики и амплитудной характеристики усилительного каскада При снятии сквозной амплитудной характеристики и амплитудной характеристики каскада измеряются амплитуды напряжения генератора, входного и выходного напряжения каскада при изменении амплитуды напряжения генератора от нуля до 𝐸г = (5 – 10)𝐸гmax . Амплитуду сигнала генератора и выходного сигнала измерять вольтметром В7–26 или АСК-4106. Амплитуду сигнала генератора измерять при отключенном входе усилительного каскада. 5. 2. Измерение сквозного коэффициента усиления 𝑲𝑬 и коэффициента усиления каскада 𝑲𝟎 по напряжению Коэффициенты усиления 𝐾𝐸 и 𝐾0 измерять на средних частотах (f = = 10 кГц) в линейном режиме работы усилителя при 𝑈вх < 0,3 𝑈вхmax . Функциональная схема измерительной установки приведена на рис. 12. АСК-4106 (II) СС1 ЕГ Усилитель СС2 RГ АСК-4106 ЕГ UВХ СН UВЫХ АСК-4106 RВХ RН (I) Рис. 12. Эквивалентная схема измерения 𝐸гmax , 𝑈вхmax , 𝐾𝐸 , 𝐾0 Коэффициенты усиления 𝐾𝐸 и 𝐾0 находятся следующим образом: 𝐾𝐸 =Uвых /Ег и 𝐾0 =Uвых /Uвх . Напряжение 𝐸г измерять на выходе генератора с помощью АСК-4106 при отключенном входе усилителя. Входное напряжение 𝑈вх на базе транзистора и выходное напряжение 𝑈вых на нагрузочном сопротивлении 𝑅н1 измерять вольтметром или осциллографом. 5. 1. Снятие амплитудно-частотной характеристики Для снятия амплитудно-частотной характеристики сквозного коэффициента усиления K(f) к входу усилителя подключается генератор сигналов (АСК-4106), а к выходу – осциллограф (АСК-4106) и вольтметр В7-26) (рис. 12). Снятие амплитудно-частотной характеристики заключается в измерении значений 𝐾𝐸 при различных значениях частоты. Для удобства вычислений K(f) ЭДС входного сигнала обычно поддерживается постоянной. Величина входного сигнала устанавливается такой, чтобы усилитель работал в линейном режиме. Последовательность снятия амплитудно-частотной характеристики следующая: а) определить область средних частот (в пределах которой K(f) = const) и измерить 𝐾𝐸0 , б) определить граничные частоты характеристики 𝐹в ,Fн (на уровне Мв =Мн = – 3 дБ) и 𝐹в′ ,Fн′ (на уровне Мв =Мн = – 20 дБ), 𝐾(𝑓) в) снять нормированную амплитудно-частотную характеристику М(𝑓) = в 𝐾0 области нижних и верхних частот. Измерить частоты, на которых М(𝑓) = 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,8. При возникновении трудностей измерения переходной характеристики усилителя в области малых времен увеличить масштаб развертки осциллографа. Амплитудные и амплитудно-частотные характеристики каскадов, снятых в п.4. 1, 4. 2, 4. 3 должны быть построены на одном графике и в одном масштабе системы координат. 6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Отчет по лабораторной работе должен включать: 1. Титульный лист. 2. Цель работы, используемую аппаратуру, исходные данные. 3. Принципиальные схемы исследуемых усилительных каскадов с указанием подключаемых измерительных приборов. 4. Эквивалентные схемы, расчетные соотношения и результаты расчета, (табл. 2). 5. Сводные таблицы расчетных и экспериментальных данных (на основе табл. 2). 6. Амплитудные, амплитудно-частотные и переходные характеристики усилительных каскадов без ОС и с ООС. Амплитудные и амплитудно-частотные характеристики должны быть построены на одном графике и в одном масштабе системы координат. 7. Оценку погрешности измерения 𝐾0 , 𝐾𝐸 , 𝑓HE , 𝑓BE , 𝑅вх . 8. Выводы по работе, включающие сравнение результатов расчета и экспериментов. 7. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Дайте определение усилителя с ОС. Какая ОС называется положительной, отрицательной, внутренней, внешней, комплексной, активной? 2. Как определяется вид ООС: по току или по напряжению, последовательная или параллельная? 3. Укажите, как ООС влияет на коэффициент усиления усилителя по току и напряжению? 4. Какие требования предъявляются к цепи ОС? 5. Поясните механизм повышения стабильности коэффициента усиления при введении ООС. 6. Как влияет ООС на входное и выходное сопротивления усилителя? 7. Как влияет ООС на амплитудную характеристику усилителя? 8. Как влияет ООС на частотные и переходные искажения в усилителе? 9. Изобразите принципиальную схему усилителя с ООС по току и поясните, как выразить фактор ОС через элементы схемы. 10. Изобразите принципиальную схему усилителя с ООС по напряжению и запишите выражение для фактора ОС через элементы схемы. 11. Поясните, как влияет внутреннее сопротивление источника сигнала на свойства каскада при ОС по току, по напряжению. 12. Поясните, в чем будут различаться параметры усилителя в случае, если разделительный конденсатор СС2 входит в петлю ОС или не входит в нее. 13. С помощью каких элементов усилителя с ОС образуется частотно-зависимая, частотно-независимая и нелинейная ОС? 14. При каких типах ООС стабилизируется выходной ток, при каких – входное напряжение? 15. Что представляет собой повторитель напряжения, какой вид ОС в них используется, где и для каких целей они используются? 16. Какой физический смысл понятий: коэффициент петлевого усиления, фактор ОС, глубина ОС? 17. Что является причиной появления ОС в однокаскадных усилителях на верхних частотах? 18. Какие элементы схемы и как оказывает влияние на формирование АЧХ усилителя в области нижних частот? Какие изменения при этом претерпевает переходная характеристика усилителя? 19. Каковы цели высокочастотной коррекции в широкополосных усилителях? 20. Поясните принципы, которые используются при построении схем усилительных каскадов с коррекцией? 21. Нарисуйте схему усилителя с эмиттерной высокочастотной коррекцией. Поясните ее достоинства и недостатки. 22. Какие имеются способы для увеличения площади усиления транзисторного каскада? 23. Нарисуйте семейство частотных характеристик усилителя с эмиттерной высокочастотной коррекцией, поясните их зависимость от величины элементов схемы. 24. Нарисуйте семейство переходных характеристик усилителя с эмиттерной высокочастотной коррекцией, поясните их зависимость от величины элементов схемы. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Павлов В.П. Схемотехника аналоговых электронных устройств / В.П. Павлов, В.Н. Ногин. М.: Радио и связь, 1997, 2001. 2. Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства / В.Н. Ногин. М.: Радио и связь, 1990. 3. Остапенко Г.С. Усилительные устройства / Г.С. Остапенко. М.: Радио и связь. 1989, 400 с. 4. Проектирование усилительных устройств: учеб. пособие / под ред. М.В. Терпугова, М.: Высшая школа, 1982. 190 с. 6. Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: учеб. пособие для вузов / А.Г. Алексеев, Н.В. Войшвилло, И.А. Трискало, под ред. Г.В. Войшвилло. М.: Радио и связь, 1986. 160 с. 7. Важенин В.Г. Исследование усилительных каскадов при различных схемах включения транзистора: методические указания к лабораторным работам № 1 и 2 по курсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств» / В.Г. Важенин, Екатеринбург: УГТУ, 2000. 36 с. Приложение 1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА КТ312Б 1. Паспортные параметры: Транзистор кремниевый планарный n-p-n структуры. Коэффициент усиления тока базы = 25-100 (при 𝐼к = 20 мА, 𝑈к = 2 В). Модуль коэффициента передачи тока не менее 6 (при 𝐼к = 5 мА, 𝑈к = 10 В, f = 20 МГц, fT = 120 МГц). Входное сопротивление ℎ11э = 400 Ом (при 𝐼к = 5 мА, 𝑈к = 5 В). Выходная проводимость ℎ22э = 6∙10-5 Сим (при 𝐼к = 5 мА, 𝑈к = 5 В). Емкость коллектора Ск 5 пФ (при 𝑈к = 10 В, f = 107 Гц). 𝜏 Сопротивление базы 𝑟б = 1,5 =150 Ом. 𝐶к 2. Зависимость параметров от режима транзистора: 𝐼 Входное сопротивление ℎ11э = ℎ11э пасп кпасп. Крутизна 𝑆 = 𝑆пасп 𝐼к 𝐼к пасп 𝐼к . 𝑈 Емкость коллекторного перехода Ск = Скпасп √ кпасп. 𝑈к 3. Расчетные параметры: Емкость эмиттерного перехода 𝐶э = 1 𝜔т 𝑟э , 𝜔т = 2𝜋𝑓т . Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода 𝑟э = Собственная постоянная времени транзистора 𝜏 = (𝐶э + Ск ) 26 𝐼к [𝑚𝐴] 𝑟б 𝑟э (1+𝛽) ℎ11э [Ом]. . Входная емкость транзистора Свх = Сэ + Ск (1 + 𝐾𝑢 ), где 𝐾𝑢 – коэффициент усиления транзистора в каскаде по напряжению. Выходная емкость транзистора Свых = Ск (1 + 𝑆𝑟б ). Приложение 2 Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ» Радиотехнический институт-РТФ Кафедра радиоэлектроники информационных систем Лаборатория «Аналоговая обработка сигналов» ОТЧЕТ по лабораторной работе №3 «Исследование влияния отрицательной обратной связи на характеристики и параметры усилительного каскада» Группа Р-33041 Студент Иванов Н.И. (подпись) (дата) Преподаватель Петров П.П. (отметка о зачете) (подпись) (дата) Екатеринбург 2007 Приложение 3 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ПРАВИЛА ПОЛЬЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ I. Подготовка приборов к работе 1. Включить приборы за 15–20 минут до измерений для прогрева. 2. Установить нули и откалибровать. 3. Установить необходимые положения переключателей и уровня сигналов. 4. Через каждые 15–20 минут измерений проверять установку нулей и калибровку. II. Генератор сигналов произвольной формы АСК-4106 5. Количество выходных каналов – 2 6. Диапазон частот 0,1 Гц – 10 МГц. 7. Основная погрешность по частоте 0,05%. 8. Размах выходного напряжения не менее: 9. на нагрузке 1МОм – 2,5 В 10.на нагрузке 50 Ом – 1,25 В 11.Выходное сопротивление – 50 Ом или 1 МОм. III. Осциллограф двухканальный цифровой запоминающий АСК-4106 12.Полоса пропускания 100 МГц (10 ГГц в стробоскопическом режиме). 13.Входной импеданс: 14. а) 1 МОм 5% с параллельной емкостью – 20 пФ 5 пФ; 15. б) 50 Ом 2%. 16.Развертка может работать как в ждущем, так и в непрерывном режиме. 17.Максимальное входное напряжение не более двукратного превышения полной шкалы для каждого предела, но не более 100 В пикового значения при сопротивлении входа 1 МОм и не более 5 В пикового значения при сопротивлении входа 50 Ом. 18.В стробоскопическом режиме при коэффициентах развертки менее 1 мкс/дел. возможна нестабильность амплитуды отображаемого сигнала до ± 2 %, а также искажение формы сигнала или его отсутствие на краях собираемого буфера данных в пределах 10 нс. 19. Работа с прибором и его краткое описание приведено в Приложении 4 IV. Вольтметр универсальный В7–26 20.Предназначен для измерения постоянного, переменного синусоидального напряжения и сопротивления постоянному току в лабораторных условиях. 21.Диапазон измеряемых прибором постоянных напряжений от 30 мВ до 300 В перекрывается поддиапазонами с верхними пределами 0.3, 1, 10, 30, 100 и 300 В. Применением внешнего делителя ДН–518 (1:1000) обеспечивается измерение напряжений до 1000 В. 22.Диапазон измеряемых прибором переменных напряжений по низкочастотному входу от 200 мВ до 300 В перекрывается поддиапазонами с верхними пределами 1, 3, 10, 30, 100 и 300 В в области частот от 20 Гц до 20 кГц. Применением внешнего делителя ДН–518 (1:1000) в области частот от 20 Гц до 3 кГц обеспечивается измерение напряжений до 1000 В. 23.Диапазон измеряемых прибором переменных напряжений по высокочастотному входу от 200 мВ до 100 В перекрывается поддиапазонами с верхними пределами 1, 3, 10, 30 и 100 В в области частот от 1 кГц до 1000 МГц. Применением внешнего делителя ДН–518 (1:100) в области частот от 3 кГц до 300 МГц обеспечивается измерение напряжений до 1000 В. 24.Диапазон измеряемых прибором сопротивлений постоянному току от 10 Ом до 1000 МОм перекрывается поддиапазонами со средней отметкой 100 Ом; 1, 10, 100 кОм; 1, 10, 100 МОм. 25.Предел допускаемой приведенной основной погрешности прибора при измерении постоянного напряжения, выраженной в процентах от конечного значения установленного поддиапазона, не превышает 2.5% на поддиапазонах с верхними пределами 0.3 – 300 В и 4% с применением внешнего делителя ДН– 518 (1:1000). 26.Предел допускаемой приведенной основной погрешности прибора при измерении переменного напряжения, выраженной в процентах от конечного значения установленного поддиапазона, не превышает 27.на низкочастотном входе: 4 % через входные клеммы на поддиапазонах с верхними пределами 1 – 300 В на частоте 1 кГц и 4 % с применением внешнего делителя ДН–518 (1:1000) на частоте 1 кГц; 28.на высокочастотном входе: 4 % пробником на поддиапазонах с верхними пределами 1 В, 3 – 100 В на частоте 1 кГц и 6 % с применением внешнего делителя ДН–518 (1:100) на частоте 1 МГц. 29.Предел допускаемой приведенной основной погрешности прибора при измерении сопротивления постоянному току, выраженной в процентах от длины рабочей части шкалы, не превышает 2.5%. Длина рабочей части шкалы 68 мм. Приложение 4 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И ОСНОВЫ РАБОТЫ С ПРИБОРОМ АКТАКОМ АСК-4106 Прибор комбинированный АСК-4106 состоит из двух функциональных модулей: модуля двухканального цифрового запоминающего осциллографа и модуля генератора сигналов произвольной формы. Модуль двухканального цифрового запоминающего осциллографа предназначен для изучения сигналов от внешних устройств, их отображения на мониторе компьютера, измерения параметров сигналов и математической обработки с помощью программного обеспечения. Модуль генератора предназначен для выдачи сигналов произвольной формы, включая стандартные, а также задаваемые пользователем с помощью математических выражений или графически. Модули могут работать как независимо друг от друга, так и совместно под управлением соответствующего программного обеспечения. Прибор применяется для наладки, ремонта, лабораторных исследований и испытаний приборов и систем, используемых в радиоэлектронике, связи, автоматике, вычислительной и измерительной технике, приборостроении. Рис. 13. Передняя панель Рис. 14. Задняя панель 1. Вход канала A осциллографа. 2. Вход канала B осциллографа. 3. Разъём синхронизации осциллографа (вход–выход), выход калибратора. 4. Выход канала А генератора. 5. Выход канала В генератора. 6. Разъём синхронизации генератора (вход–выход). 7. Индикатор включения. 8. Клемма заземления. 9. Предохранитель. 10. Выключатель питания 11. Разъём питания 7,5 В. 12. Разъём LPT-порта (типа Centronics «CENC-36F»). 13. Разъём USB-порта (типа «USB»). Основы работы с прибором: 1. Включить прибор, компьютер. 2. Запустить генератор сигналов: «Пуск –> Программы –> Актаком АСК – 4106 –> Генератор сигналов». 3. В открывшемся окне на канале, который подключен к учебному стенду, нажать кнопку «Редактор» и выбрать необходимую форму сигнала. При необходимости можно задать сигнал математически в строке «Формула». 4. Выбрав форму сигнала или указав параметры сигнала математически, нажать кнопку «Подтвердить изменения» и закрыть окно «Задатчик формы сигнала». 28 5. В строке «Размах» установить размах (две амплитуды) сигнала, выбрать частоту в строке «Частота». Выбрать режим запуска «Непрерывный», источник запуска «Ручной», нажать кнопки «Загрузить», а потом «Запустить». 6. Переключиться в режим осциллографа, выполнив действие «Режим –> Осциллограф». 7. Убедиться, что в окне «Управление» выбран режим «Авто», установить галочку «Запуск», если она не установлена. 8. При необходимости выполнить в режиме осциллографа действие «Настройка –> Автоматическая настройка на сигнал». 9. При необходимости изменить развертку по времени и масштаб по каналам А или В в окне «Управление» 29 10. При необходимости изменить параметры входного сигнала переключиться в режим генератора, выполнив действие «Режим –> Генератор сигналов» 11. Изменив параметры, нажать кнопку «Подготовить» 12. Переключиться в режим осциллографа и записать необходимые данные. 13. Выполнив необходимую работу, завершить работу программы, выключить приборы. 30
