| Предыдущая версия справа и слева
Предыдущая версия
Следующая версия
|
Предыдущая версия
|
lab2:задание24 [2021/07/13 11:13]
root |
lab2:задание24 [2021/10/01 14:18] (текущий)
root [Задание 2. Определение коэффициента усиления усилителя] |
| ==== Задание 1. Визуальное наблюдение дробового шума диода. ==== | ==== Задание 1. Визуальное наблюдение дробового шума диода. ==== |
| - Подключите к выходу усилителя вход осциллографа; ток диода при этом должен быть равен нулю (по шкале прибора $I_а$). Увеличив чувствительность входа осциллографа до максимальной, пронаблюдайте за уровнем собственных шумов осциллографа, поскольку дробовой шум диода при нулевом анодном токе близок к нулю. | - Подключите к выходу усилителя вход осциллографа; ток диода при этом должен быть равен нулю (по шкале прибора $I_а$). Увеличив чувствительность входа осциллографа до максимальной, пронаблюдайте за уровнем собственных шумов осциллографа, поскольку дробовой шум диода при нулевом анодном токе близок к нулю. |
| - Установите ток диода равным примерно 2 мА (по шкале прибора --- 2 больших деления). В этом случае возникает дробовой шум диода, который с учетом усиления контуром и усилителем схемы должен значительно превышать собственные шумы входа осциллографа. Конденсатор контура доложен быть «раскорочен» тумблером "С". | - Установите ток диода равным примерно 2 мА (по шкале прибора --- 2 больших деления). В этом случае возникает дробовой шум диода, который с учётом усиления контуром и усилителем схемы должен значительно превышать собственные шумы входа осциллографа. Конденсатор контура доложен быть «раскорочен» тумблером "С". |
| |
| ==== Задание 2. Определение коэффициента усиления усилителя ==== | ==== Задание 2. Определение коэффициента усиления усилителя ==== |
| - Подключите к входу установки выход [[tex:akip-3408|генератора АКИП-3408/2]] и установите частоты в диопазоне $40 \dots 70$ кГц, а к выходу --- осциллограф [[tex:gds-71054b|GDS-71054B]]. Установите тумблер "Вход/Выход" в положение "Вход"; в этом случае осциллограф будет показывать напряжение на выходе генератора, в 100 раз превышающее напряжение на входе усилителя. | - Подключите к входу установки выход [[tex:akip-3408|генератора АКИП-3408/2]] и установите частоты в диопазоне $40 \dots 70$ кГц, а к выходу --- осциллограф [[tex:gds-71054b|GDS-71054B]]. Установите тумблер "Вход/Выход" в положение "Вход" --- в этом случае осциллограф будет показывать напряжение на выходе генератора. Установив тумблер "Вход/Выход" в положение "Выход", осциллограф будет показывать напряжение в 100 раз меньшее напряжение, чем выходное напряжение усилителя. |
| - Замкните конденсатор "С" и установите выходное напряжение генератора таким, чтобы сигнал на входе усилителя был примерно 30 мВ (т.е. на выходе [[tex:akip-3408|генератора АКИП-3408/2]]), что на много превышает всякие шумы. | - Замкните конденсатор "С" и установите выходное напряжение генератора таким, чтобы сигнал на входе усилителя был примерно 30 мВ (т.е. на выходе [[tex:akip-3408|генератора АКИП-3408/2]]), что на много превышает всякие шумы. |
| - По показаниям осциллографа в двух положениях тумблера "Вход/Выход" определите коэффициент усиления усилителя: $К_у = \frac{U_{вых}}{U_{вх}} \cdot 100$. | - По показаниям осциллографа в двух положениях тумблера "Вход/Выход" определите коэффициент усиления усилителя: $К_у = \frac{U_{\text{вых}}}{U_{\text{вх}}} \cdot 100$. |
| - Проверка линейности амплитудно-частотной характеристики усилителя в рабочей полосе частот $40 \dots 70$ кГц. При постоянном выходном напряжении генератор изменяйте его частоту в диапазоне $40 \dots 70$ кГц. Конденсатор контура при этом должен быть замкнут. Проверьте точность соблюдения постоянства коэффициента усиления усилителя в указанном диапазоне частот. | - Проверка линейности амплитудно-частотной характеристики усилителя в рабочей полосе частот $40 \dots 70$ кГц. При постоянном выходном напряжении генератор изменяйте его частоту в диапазоне $40 \dots 70$ кГц. Конденсатор контура при этом должен быть замкнут. Проверьте точность соблюдения постоянства коэффициента усиления усилителя в указанном диапазоне частот. |
| |
| Экспериментально добротность контура можно определить двумя способами. Первый более точный способ основан на использовании АЧХ контура: | Экспериментально добротность контура можно определить двумя способами. Первый более точный способ основан на использовании АЧХ контура: |
| {{ :lab2:24-5.jpg?direct&200 |}} | {{ :lab2:24-5.jpg?direct&200 |}} |
| Снимая АЧХ контура при помощи осциллографа [[tex:gds-71054b|GDS-71054B]], нужно определить частоты $f_1$ и $f_2$, на которых выходной сигнал уменьшается до уровня $0,7U_0$ от максимального $U_0$ (на резонансной частоте $f_0$) и вычислить $Q = \frac{f_0}{f_2 - f_1}$). | Снимая АЧХ контура при помощи осциллографа [[tex:gds-71054b|GDS-71054B]], нужно определить частоты $f_1$ и $f_2$, на которых выходной сигнал уменьшается до уровня $0,7U_0$ от максимального $U_0$ (на резонансной частоте $f_0$) и вычислить $Q = \frac{f_0}{f_2 - f_1}$. |
| /*Однако применяемые в наших установках генераторы не позволяют устанавливать частоты $f_1, f_2$ с необходимой для этого точностью (примерно 0,5%). Поэтому мы определяем добротность вторым способом, основанном на следующем факте: при частоте внешнего генератора, равной резонансной, напряжение на реактивных элементах контура (в частности, на индуктивности $U_L$ --- {{ :lab2:24-7.jpg?linkonly |см. рис.}}) становится в $Q$ раз больше, чем на сопротивлении $R_2$, включенном в контур, откуда $Q = \frac{U_L}{U_{R_2}}$ на резонансной частоте. | /*Однако применяемые в наших установках генераторы не позволяют устанавливать частоты $f_1, f_2$ с необходимой для этого точностью (примерно 0,5%). Поэтому мы определяем добротность вторым способом, основанном на следующем факте: при частоте внешнего генератора, равной резонансной, напряжение на реактивных элементах контура (в частности, на индуктивности $U_L$ --- {{ :lab2:24-7.jpg?linkonly |см. рис.}}) становится в $Q$ раз больше, чем на сопротивлении $R_2$, включенном в контур, откуда $Q = \frac{U_L}{U_{R_2}}$ на резонансной частоте. |
| |
| **Внимание**. До сих пор мы работали с достаточно большими сигналами, подаваемыми от генератора. Теперь нам предстоит измерять весьма малые сигналы шумов, для этого используется мультиметр [[tex:gdm-8135|GDM-8135.]] Это требует от экспериментатора особой аккуратности! | **Внимание**. До сих пор мы работали с достаточно большими сигналами, подаваемыми от генератора. Теперь нам предстоит измерять весьма малые сигналы шумов, для этого используется мультиметр [[tex:gdm-8135|GDM-8135.]] Это требует от экспериментатора особой аккуратности! |
| - Установите ток диода равным нулю: это уменьшит дробовой шум до нуля, но прочие шумы схемы и измерительных приборов останутся. Поэтому вольтметр на выходе усилителя (предел измерения 200 мВ) будет показывать некоторое ненулевое значение. | - Установите ток диода равным нулю: это уменьшит дробовой шум до нуля, но прочие шумы схемы и измерительных приборов останутся. Поэтому вольтметр на выходе усилителя (предел измерения 200 мВ) будет показывать некоторое ненулевое значение. |
| - Отключите от входного разъема установки генератор и частотомер (мы уберем все шумы, связанные с этими приборами). Проверьте положение переключателя "$С$": конденсатор должен быть раскорочен. Подстройте "0" вольтметра. Подстройкой "нуля" мы в определенной мере скомпенсируем все дополнительные шумы установки, не являющиеся дробовым шумом. | - Отключите от входного разъема установки генератор и частотомер (мы уберем все шумы, связанные с этими приборами). Проверьте положение переключателя "$С$": конденсатор должен быть раскорочен. Запомните величину напряжения $U_0$ --- это будет <<нулём>> вольтметра. Теперь **вычитая из измерений $U_0$** мы в определенной мере скомпенсируем все дополнительные шумы установки, не являющиеся дробовым шумом. |
| - Измерьте выходное напряжение при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА. Каждое измерение нужно делать, дожидаясь стабилизации стрелки вольтметра, поскольку он имеет достаточно большую постоянную времени и медленно приходит в свое стационарное положение. | - Измерьте выходное напряжение при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА. Каждое измерение нужно делать, дожидаясь стабилизации стрелки вольтметра, поскольку он имеет достаточно большую постоянную времени и медленно приходит в свое стационарное положение. |
| |
| Постройте зависимость добротности контура и напряжения шумов от тока диода. Рассчитайте по формуле | Постройте зависимость добротности контура и напряжения шумов от тока диода. Рассчитайте по формуле |
| $$ | $$ |
| \overline{U_{др}^2}=\frac{eI Q}{2\omega _{0} C^{2} } \hspace{10pt} \text{ или } \hspace{10pt} \Bigl(\frac{U_{эф}}{K_у}\Bigr)^2 =\frac{eI Q}{2\omega _{0} C^{2}}, | \overline{U_{\text{др}}^2}=\frac{eI Q}{2\omega _{0} C^{2} } \hspace{10pt} \text{ или } \hspace{10pt} \Bigl(\frac{U_{\text{эф}}}{K_y}\Bigr)^2 =\frac{eI Q}{2\omega _{0} C^{2}}, |
| $$ | $$ |
| заряд электрона по всем 4-м значениям тока диода. | заряд электрона по всем 4-м значениям тока диода. |