Исследование резонансного усилителя

ИССЛЕДОВАНИЕ  РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ

      Цель  работы - получение навыков экспериментального исследования резонансных транзисторных усилителей. 

Общие сведения

      Резонансные усилители предназначены для  усиления сигналов в узкой полосе частот. Они используются для выделения полезного сигнала определенной частоты или в радиоприемниках для приема одной радиостанции и подавления сигналов других.

      Узкополосность  усилителя чаще всего достигается  за счет использования резонансных явлений в LC - контурах. Наиболее просто резонансный усилитель получается заменой активного сопротивления коллекторной нагрузки параллельным колебательным контуром (рис.1). Сопротивление такого контура является функцией частоты подаваемых на него колебаний. 

      

  

 
 
 
 

          

                                                      

Рис. 1. Зависимость сопротивления параллельного  контура от частоты

      Максимальное  сопротивление R_oe контур имеет на резонансной частоте w₀. По мере ухода от резонансной частоты сопротивление контура уменьшается и тем быстрее, чем больше его добротность.

     По  такому же закону изменяется и коэффициент  усиления резонансного усилителя. 

 

Рис.2.

     Кроме параллельных колебательных контуров находят применение и последовательные контуры, у которых Rоу на резонансной частоте минимальное. Включение такого контура в качестве коллекторной нагрузки приводит к обратному эффекту, т.е. на резонансной частоте усиление каскада резко уменьшается. Такое включение используется на практике для подавления каких-либо нежелательных частот. Однако, с помощью последовательного колебательного контура возможно получить и результат, близкий по действию параллельного контура, включив его параллельно цепи обратной связи (рис. 3), В этом случае на резонансной частоте обратная связь резко уменьшается, что приводит к возрастанию коэффициента усиления каскада. 

 

Рис.3.

Описание  лабораторной установки

      Исследуемые усилители собраны на специальной  плате и выполнены на кремниевых транзисторах п-р-п структуры. На лицевой стороне платы изображены их принципиальные схемы. На обратной стороне выполнен весь монтаж.

      Предусмотренная коммутация элементов позволяет  на данной плате выполнить исследование резонансных, усилителей и LC генератора.

      Сигнал  высокой частоты, который надо усилить, подается от генератора ГЗ - 113 на входные клеммы и через разделительный конденсатор воздействует на базу транзистора. Резисторы R2 и R3 выполняют роль делителя смещения.

     В цепи эмиттера (рис. 2) включена цепочка  термостабилизации, состоящая из параллельно соединенных сопротивления R4 и конденсатора С4.

     В коллектор этой схемы включена индуктивность  L, которая совместно с конденсатором С2 или С2 + СЗ (если включить соответствующую перемычку) образует колебательный контур. С помощью сопротивления R5 можно уменьшить его добротность (качество контура).

     Конструктивно на одном каркасе с катушкой L размещается катушка связи L^, которая через потенциометр R3 с помощью перемычек может быть подключена к входным зажимам. Эта катушка нужна для исследования транзисторного генератора. При выполнении работы "Резонансный усилитель" катушка связи не используется.

      Усиленное напряжение снимается с коллектора через разделительный конденсатор С5.

     Нижний  на плате резонансный усилитель  содержит последовательный резонансный контур LC3 , С4 в цепи эмиттера. В области частот, близких к резонансной, эквивалентное сопротивление контура резко падает, что приводит к ослаблению отрицательной обратной связи через резистор R5 и к увеличению усиления каскада. Потенциометром можно плавно регулировать добротность этого контура (R6), т.е. подъем частотной характеристики.

Для выполнения исследований необходимы следующие  приборы:

1. Генератор сигналов ГЗ-113 . Этот прибор является искусственным источником входного сигнала, который подлежит усилению. Генератор позволяет установить входной сигнал желаемой частоты и величины.
2. Вольтметр ВЗ-33, необходимый для измерения выходного напряжения усилителя.
3. Осциллограф для наблюдения наличия и измерения частоты генерированных колебаний (при исследовании LC генератора).

 

Задание 1

Исследование  усилителя с параллельным колебательным контуром (рис. 1)

1.   Подать питание на исследуемые схемы.
2. Подключить выходной кабель генератора ГЗ -113 к входным клеммам                                                                усилителя.

3. Подключить вольтметр ВЗ-33 к входным клеммам. 
Примечание: производя соединения, соблюдать полярность включения.

4. Обеспечить включение в контур только одного конденсатора С2 (убрать перемычки).
5. Найти резонансную частоту усилителя с контуром LC. Для этого необходимо:

а)  установить ручку "множитель" генератора в нужное положение;

б)  плавно изменяя частоту генератора от 0,1 МГц до 1,0 МГц и поддерживая выходное напряжение генератора 0,01 В, найти положение максимального показания вольтметра ВЗ-33. Это положение соответствует резонансной частоте.

Шкалы вольтметра, начиная с 1,0 В, переключать на больший предел    по мере подхода стрелки прибора к концу шкалы.

6. Снять частотную характеристику К_и=φ(f). Для этого необходимо, 
   изменяя частоту сигнала, фиксировать показания вольтметра при постоянном входном напряжении 0,01 В.

Вначале, например, идут в сторону увеличения частоты относительно резонансной и, таким образом, строится правая ветвь характеристики. Затем в сторону уменьшения частоты и строится левая часть.

Результаты  заносятся в табл. 1, по которой строится резонансная характеристика.

Рассчитать  величину L при емкости С2 = 470 пФ.

7. Повторить шестой пункт для контура LC2, но меньшей добротности. Для этого параллельно контуру включить сопротивление R5.

8  .Найти резонансную частоту нового колебательного контура 
LС2+СЗ) и снять частотную характеристику.

Для этого необходимо отключить R5 и включить СЗ.

  Плавно  изменяя частоту генератора от 0,1 МГц до 1,0 МГц и поддерживая выходное напряжение генератора 0,01 В, найти положение максимального показания вольтметра ВЗ-33. Это положение соответствует резонансной частоте.

9. Снять частотную характеристику усилителя с колебательным кон 
туром в цепи эмиттера (нижнего на плате) в 2-х случаях:

а) емкость контура - С4 = 470 пФ,

б) емкость контура - С4+СЗ. В обоих случаях используется С4.

10. Исследование автогенератора. В верхней плате на схеме ввести обратную связь, включив посредством перемычек выход потенциометра R3 на вход усилителя
11. Подключить к выходу усилителя осциллограф.
12. Убедиться в наличии колебаний генератора. Если генерация отсутствует, поменять полярность обратной связи.
13. С помощью временных меток осциллографа или делений на экране измерить частоту колебаний генератора.

 

Таблица 1для рис.2.(без С₃,R₅)

 
 
 

Частотная характеристика К_u=φ(f) 

                                          Таблица 2для рис.2.(без С₃)

 

Частотная характеристика К_u=φ(f) 

                                  

 Таблица 3для рис.2.(без R₅)