Исследование обратной связи в усилителях (стр. 2 из 2)
По определению (2) коэффициент обратной связи
По определению (4) коэффициент усиления усилителя с обратной связью
Использование обратной связи в различных функциональных устройствах на операционных усилителях.
На основе операционных усилителей с помощью внешних цепей обратной связи можно строить различные функциональные устройства.
Рассмотрим несколько примеров.
Рисунок 1.6- Аналоговый сумматор.
Рисунок 1.7- Интегратор.
Рисунок1.8- Дифференциатор.
Рисунок 1.9- Логарифматор.
Рисунок 1.10- Антилогарифматор.
2 Экспериментальная часть
Для экспериментальной проверки влияния обратной связи на работу усилителя была рассчитана и создана схема усилителя с общим эмиттером (на основе биполярного транзистора КТ315Б), в которую искусственно введена последовательная отрицательная связь по току.
Рисунок 1.11- Принципиальная схема для проверки влияния последовательной отрицательной обратной связи по току на работу усилителя.
2.1 Расчет элементов усилителя.
1) Используемое напряжение питания 12В.
2) Сопротивление коллектора выбирается в диапазоне от 1кОм до 8кОм. Rк=4.7кОм.
3) Ток коллектора выберем таким образом, чтобы напряжение на коллекторе имело значение половины напряжение питание. Iк=6/4.7=1.277мА.
4) Сопротивление эмиттера выбирается примерно в десять раз меньше сопротивления коллектора. Rэ=560 Ом
5) Зная коэффициент передачи транзистора КТ315Б (h21=50), находим ток базы покоя. Iб= Iк/h21=1.277/50=0.02554 мА.
6) Uэ=1.3мА*560Ом=0.728В.
7) Uб= Uэ +0.75=1.478В.
8) Ток делителя выбирается от двух до восьми токов базы, исходя из того что, чем больше ток делителя, тем стабильнее работа усилителя, но меньше к.п.д.. Iд=10*Iб
9) Rд=Uпит/Iд=12/0.0002554=46985 Ом
10) R2= Uб/Iб=1.478/0.0002554=5787 Ом (выберем резистор 5.6кОм)
11) R1= Rд - R2=46985-5787=41198 Ом (выберем резистор 39кОм)
12) Емкость конденсатора Сэ выберем из условия, что для минимальной частоты в 20Гц сопротивление конденсатора должно быть в 10раз меньше сопротивления Rэ : 1/ωСэ<< Rэ (Сэ >142мкФ).
2.2 Разработка и проверка схемы усилителя с обратной связью.
Разработка платы под схему усилителя
Для данной работы была разработана (с помощью программы layout40),а затем создана следующая схема (рис.11).
Рисунок 1.12- Плата под усилитель.
Проверка работы схемы с помощью программы ElectronicsWorkbench.
Рисунок 1.13- Схема усилителя в программе ElectronicsWorkbench.
Рисунок 1.14- Электронная осциллограмма при отсутствии обратной связи.
При отсутствии обратной связи на осциллограмме видно, что выходной сигнал значительно больше входного. Коэффициент усиления приблизительно равен К≈125.
При наличии обратной связи параметры усиления значительно меняются. Коэффициент усиления уменьшается до значения К≈8.
Рисунок 1.15- Электронная осциллограмма при наличии обратной связи
При экспериментальном исследовании разработанного модуля усилителя были получены следующие данные:
Коэффициент усиления без обратной связи К=95;
Коэффициент усиления при наличии последовательной отрицательной обратной связи по току Кос=9;
Коэффициент обратной связи β=-0.1;
Глубина обратной связи (1- β К)=10.5;
Заключение
Исследование усилителя с общим эмиттером показало: коэффициент усиления данного усилителя без обратной связи составляет приблизительно 95, что соответствует теоретическим расчетам. При отключении из эмиттерной RC-цепочки конденсатора образовывалась последовательная отрицательная обратная связь по току, что приводит к снижению коэффициента усиления до 8-9, что также соответствует теоретическим расчетам.
На основании данной схемы был собран лабораторный модуль для исследования обратной связи, который будет использоваться студентами физического факультета в лабораторных работах по курсу “Основы радиоэлектроники”.
При выполнении данной работы использовались следующие программы: ElectronicsWorkbench- для виртуального моделирования электрических схем, SprintLayout – для разводки печатных плат, Splan4.0 –для рисования схем.
Литература
1. Основы радиоэлектроники. Под редакцией Г.Д.Петрухина.- М.: Издательство МАИ, 1993.
2.Ефимчик М.К. Технические средства электронных систем: Учебное пособие. – М.: Тесей, 2006
3. Мамонхин И.Г. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов.— М.: Связь, 1977.
4. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учеб. пособие для вузов / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, В.А. Терехов и др. — М.: Высшая школа, 1987.
5. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высшая школа, 1988.
6. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учеб. пособие для вузов. —М.: Радио и связь, 1985.
7. Головин О.В., Кубицкий А.А Электронные усилители. — М.: Радио и связь, 1983.