Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

Ссылка на это сравнение

Предыдущая версия справа и слеваПредыдущая версия
Следующая версия		Предыдущая версия
lab2:задание24 [2019/08/23 12:03] – [Задание 6}. Измерение шумов при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА] root_slab2:задание24 [2026/09/04 06:05] (текущий) – внешнее изменение 127.0.0.1
Строка 3: Строка 3:
 ==== 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 должен быть «раскорочен» тумблером "С".
  
 ==== Задание 2. Определение коэффициента усиления усилителя ====  ==== Задание 2. Определение коэффициента усиления усилителя ==== 
-  - Подключите к входу установки выход генератора, а к выходу --- вольтметр переменного напряжения (диапазон его измерения -- 100 мВ). Установите тумблер "Вход/Выход" в положение "Вход"; в этом случае вольтметр 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 диапазоне $40 \dots 70$ 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, 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 вольтметра 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.
  
-==== Задание 3. ==== +==== Задание 3. Измерение резонансной частоты контура $f_0$ и добротности $Q$ ==== 
-**Проверка линейности амплитудно-частотной характеристики усилителя в рабочей полосе частот $40 \dots 70$ кГц.**  +
-  - При постоянном выходном напряжении генератор изменяйте его частоту в указанном диапазоне. Конденсатор контура при этом должен быть замкнут. Проверьте точность соблюдения постоянства коэффициента усиления усилителя в указанном диапазоне частот.+
  
-==== Задание 4. Измерение резонансной частоты контура $f_0$ и добротности $Q$ ====  +Для сознательного выполнения этого задания напомним физический смысл понятия "добротность" и введем термины "нагруженная" и "ненагруженная" добротность контура. Добротность $Q$ характеризует величину потерь электромагнитной энергии, запасенной в контуре, за одно колебание. Потери определяются, во-первых, джоулевыми (тепловыми) потерями на активном сопротивлении, входящем в цепь контура (сопротивление делителя $R_2$ и сопротивление провода, которым намотана катушка контура). Во-вторых, теми активными сопротивлениями, которые включены параллельно контуру, т.е. эквивалентные входным сопротивление усилителя и эквивалентным сопротивлением вакуумного диода. Если входное сопротивление усилителя -- величина постоянная и весьма большая, практически не влияющая на добротность контура, то эквивалентное сопротивление диода сильно зависит от величины его анодного тока $I_а$. При выполнении данного упражнения вы убедитесь, что при нулевом анодном токе диода его эквивалентное сопротивление очень большое и практически не влияет на добротность контура. Отсюда добротность контура при нулевом токе анода называется "ненагруженной", а при $I_а \neq 0$ --- "нагруженной". 
- +
-Для сознательного выполнения этого задания напомним физический смысл понятия "добротность" и введем термины "нагруженная" и "ненагруженная" добротность контура. Добротность $Q$ характеризует величину потерь электромагнитной энергии, запасенной в контуре, за одно колебание. Потери определяются, во-первых, джоулевыми (тепловыми) потерями на активном сопротивлении, входящем в цепь контура (сопротивление делителя $R_2$ и сопротивление провода, которым намотана катушка контура). Во-вторых, теми активными сопротивлениями, которые включены параллельно контуру, т.е. эквивалентныме входным сопротивление усилителя и эквивалентным сопротивлением вакуумного диода. Если входное сопротивление усилителя -- величина постоянная и весьма большая, практически не влияющая на добротность контура, то эквивалентное сопротивление диода сильно зависит от величины его анодного тока $I_а$. При выполнении данного упражнения вы убедитесь, что при нулевом анодном токе диода его эквивалентное сопротивление очень большое и практически не влияет на добротность контура. Отсюда добротность контура при нулевом токе анода называется "ненагруженной", а при $I_а \neq 0$ --- "нагруженной". +
  
 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, 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. +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. 
  
 Практически добротность по второму способу определяется следующим образом.  Практически добротность по второму способу определяется следующим образом. 
Строка 27: Строка 25:
   - Не меняя частоты и амплитуды генератора, вновь закоротите конденсатор $С$ и измерьте выходное напряжение усилителя, но уже на резонансной частоте. В этом случае $U_{{вых}_2}= К_у U_{R_2}$.   - Не меняя частоты и амплитуды генератора, вновь закоротите конденсатор $С$ и измерьте выходное напряжение усилителя, но уже на резонансной частоте. В этом случае $U_{{вых}_2}= К_у U_{R_2}$.
   - Рассчитайте добротность контура $Q = \frac{U_L}{U_{R_2}} =$ $\frac{U_{вых_1}}{U_{вых_2}}$.   - Рассчитайте добротность контура $Q = \frac{U_L}{U_{R_2}} =$ $\frac{U_{вых_1}}{U_{вых_2}}$.
 +*/
  
-**Определение ненагруженной добротности контура.** Регулятором "$I_а$" установите нулевой ток диода (по встроенному миллиамперметру) и измерьте добротность ненагруженного контура $Q_0$ методом, описанным в предыдущем пункте. Измерения добротности (вторым способом), естественно, должны производиться на резонансной частоте контура.+**Определение ненагруженной добротности контура.** Регулятором "$I_а$" установите нулевой ток диода (по встроенному миллиамперметру) и измерьте добротность ненагруженного контура $Q_0$ описанным методом. 
 +/* ,  в предыдущем пункте. Измерения добротности (вторым способом), естественно, должны производиться на резонансной частоте контура. */
  
-==== Задание 5. Определение зависимости "нагруженной" добротности контура от тока диода. ==== +==== Задание 4. Определение зависимости "нагруженной" добротности контура от тока диода. ==== 
  
-Методом, описанном в двух предыдущих пунктах, измерьте добротности контура при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА. Постройте эту зависимость. Сравните нагруженные доротности с ее ненагруженной величиной.+Методом, описанном в предыдущем пункте, измерьте добротности контура при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА. Постройте эту зависимость. Сравните нагруженные добротности с ее ненагруженной величиной.
  
  
  
-==== Задание 6. Измерение шумов при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА ==== +==== Задание 5. Измерение шумов при токах диода 1, 2, 3 и 4 мА ==== 
  
-**Внимание**. До сих пор мы работали с достаточно большими сигналами, подаваемыми от генератора. Теперь нам предстоит измерять весьма малые сигналы шумов. 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 300 мА) 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.
  
-==== Задание 7.====+==== Задание 6.====
 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}  (\frac{U_{эф}}{K_у})^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.