Исследование характеристик нелинейных электрических цепей

А.В. Галев, С.С. Юдачев

Исследование характеристик нелинейных 
электрических цепей

Методические указания
к выполнению лабораторных работ

УДК 621.372
ББК 32.841
 
Г15

ISBN 978-5-7038-4739-8 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

УДК 621.372
ББК 32.841

 
Галев, А. В.

Г15 
 
Исследование характеристик нелинейных электрических 

цепей. Методические указания к выполнению лабораторных 
работ / А. В. Галев, С. С. Юдачев. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017.  — 55, [5] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4739-8 

Приведены материалы для исследования характеристик усилителя 
нижних частот, LC-автогенератора с индуктивной обратной связью, 
амплитудного модулятора, а также мультивибраторов, которые находят 
самое широкое применение в радиоэлектронике. Даны формулы для 
построения основных характеристик и расчета параметров исследуемых схем.
Для студентов, обучающихся по специальностям «Радиоэлектронные системы и комплексы» и «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/212/book1697.html

Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» 
Кафедра «Радиоэлектронные системы и устройства»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия

Предисловие

Настоящее издание — лабораторный практикум по дисциплинам «Электроника и микроэлектроника», «Схемотехника» и «Радиотехнические цепи и сигналы», состоящий из четырех лабораторных работ, включающих в себя формулы для расчета основных 
параметров и построения характеристик исследуемых схем: коэффициентов усиления, амплитудно-частотных и фазочастотных 
характеристик, полос пропускания, колебательных характеристик 
и характеристик возбуждения, модуляционных характеристик, 
параметров генерируемых импульсов. 
Цель лабораторного практикума — исследование основных 
характеристик и параметров усилительных каскадов низких частот 
на биполярных транзисторах, LC-автогенератора с индуктивной 
обратной связью на полевом транзисторе, амплитудного модулятора на биполярном транзисторе и операционном усилителе, мультивибраторов на биполярном транзисторе, операционном усилителе и логических микросхемах. Кроме того, практикум поможет 
получить навыки работы с измерительной аппаратурой при снятии 
характеристик.
После выполнения лабораторных работ студенты смогут проводить измерения амплитудных, амплитудно-частотных, переходных характеристик, полос пропускания усилительных каскадов 
низких частот, колебательных характеристик и характеристик возбуждения LC-автогенераторов с индуктивной обратной связью, 
а также статических и динамических модуляционных характеристик амплитудного модулятора, оценивать влияние параметров 
схемы мультивибратора на форму генерируемых импульсов, наблюдать и количественно оценивать амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада при изменении параметров схемы, самостоятельно использовать измерительные приборы для 
снятия частотных и временных характеристик исследуемых схем.

Лабораторная работа № 1 
Исследование усилителя нижних частот

Краткие теоретические сведения

Усилителем электрических сигналов называют активный линейный четырехполюсник, на нагрузке которого выделяется полезная мощность, которая больше подводимой к его входу при 
неизменной форме сигнала. На рис. 1.1 приведена функциональная схема усилителя. На этой схеме источник усиливаемого сигнала изображен в виде генератора напряжения Ег с внутренним 
сопротивлением Zг . Мощность, выделяющаяся на комплексной 
нагрузке Zн, обозначена как актавная мощность Pвых . Между источником сигнала и нагрузкой включен в общем случае нелинейный управляемый элемент, к которому подводится энергия (мощность P0) от источника питания ИП.

Рис. 1.1. Функциональная схема усилителя

Под усилением понимают процесс управления с помощью 
входного сигнала нелинейным элементом, который регулирует 
поступление энергии от источника питания в нагрузку. Иными 
словами, усилитель — это устройство, преобразующее энергию 
источника постоянного тока в энергию усиливаемого сигнала, выделяющуюся на нагрузке.

Основные параметры и характеристики усилителей

Коэффициенты усиления. К ним относятся следующие коэффициенты:
по напряжению

 
K
U
U
U =
вых

вх

;  

по току 

 
K
I
I
I =
вых

вх
; 

по мощности

 
 K
P
P
Р =
вых

вх
.  

При наличии реактивных элементов в цепях усилителя

 






K
U
U
K
I
I

U
I
=
=
вых

вх

вых

вх
,
. 

Подводимая к входу усилителя от генератора сигнала мощность

 
 P
I U
I R
вх
вх
вх
вх
2
вх
=
=
1
2
1
2
, 
(1.1)

где Rвх — активная составляющая входного сопротивления усилителя.
Выделяющаяся на нагрузке мощность

 
 P
I
U
I
R
вых
вых
вых
вых
2
вых
=
=
1
2
1
2
, 
(1.2)

где Rвых — активная составляющая выходного сопротивления усилителя.
С учетом выражений (1.1) и (1.2) имеем

 
 K
P
P
I
I
U
U
K K
P
I
U
=
=
=
вых

вх

вых

вх

вых

вх

.  

Коэффициенты усиления

 
 K
U
U
K
P
P

U
P
=
=
20
10
lg
lg
вых

вх
вх
;
.
вых  

часто выражают в децибелах.
Частотные искажения и частотные характеристики. В процессе 
усиления происходят искажения сигнала. В зависимости от причин, их вызывающих, искажения подразделяют следующим образом:
а) линейные (частотные, фазовые и переходные), обусловленные реактивными элементами схемы;
б) нелинейные, обусловленные нелинейными элементами 
схемы.

Частотные искажения могут быть оценены по амплитудно-ча
стотной характеристике усилителя — зависимости модуля коэффициента передачи от частоты: 

K
K
f
=
( ).

На рис. 1.2 приведена амплитудно-частотная характеристика 
усилителя. Количественно частотные искажения определяются 
коэффициентом частотных искажений М.
Если K ср  и K  обозначить соответственно коэффициент усиления усилителя на средней fср  и рассматриваемой f  частотах, 
то коэффициент частотных искажений

 
M
K
K
M
=
>
ср ,
.
1  

На рис. 1.2 Kн и Kв — коэффициенты частных искажений на 
нижних и верхних частотах соответственно.
Диапазоном рабочих частот усилителя (полосой пропускания) 
называют полосу частот от нижней рабочей частоты fн до верхней 
рабочей частоты fв, в пределах которой коэффициент частотных 
искажений не превышает заданного значения. Часто полосу пропускания усилителя определяют как диапазон частот, в пределах 
которого значение K  уменьшается в 
2  раз.

Фазовые искажения и фазочастотная характеристика. Фазочастотной характеристикой называют зависимость от частоты аргумента коэффициента передачи, т. е. фазового сдвига выходного 
сигнала по отношению к входному: 

 
arg K
f
= ( )
ϕ
.   

Рис. 1.2. Амплитудно-частотная 
характеристика усилителя

Рис. 1.3. Фазочастотная характеристика усилителя