Лабораторная работа №6. ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
6.1 Цель работы: занятия направлены на формирование компетенций
ОПК-2 «Способен применять естественнонаучные и общеинженерные знания, аналитические методы в профессиональной деятельности» в части знания устройства и принципа работы усилителей электрических сигналов (З-2.2), умения понимать и анализировать принципиальные электрические схемы с электронными элементами (У-2.2), владения навыками эксплуатации электронных устройств (В-2.2);
ПК-10. «Способен осуществлять наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления» в части знания принципа работы судовых электронных устройств (З-3.1)
Результаты обучения по дисциплине должны обеспечить достижение обучающимися требуемой в соответствии с Таблицей A-III/6 Кодекса ПДНВ компетентности в сфере: Наблюдение за эксплуатацией электрических и электронных систем, а также систем управления (Основы электроники и силовой электроники).
Задачи работы:
Изучение принципов работы дифференциальных каскадов и усилителей постоянного тока на интегральных микросхемах.
Задание и методические указания
1. Голиков С.П. Судовая электроника и силовая преобразовательная техника: учебное пособие для курсантов специальности 26.05.07 Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики и направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника / С.П. Голиков, Н.П. Сметюх – Керчь: ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет», 2016. – 302 с.
Методические указания к выполнению работы
Усилителем постоянного тока (УПТ) называется усилитель, сохраняющий постоянство коэффициента усиления при уменьшении частоты входного сигнала вплоть до нуля.
УПТ находят широкое применение в различных областях радиоэлектроники, автоматики, контрольно-измерительной и вычислительной техники и т.п.
УПТ должен удовлетворять следующим требованиям:
- при отсутствии входного сигнала, напряжение на выходе усилителя также должно быть равно нулю (отсутствие “дрейфа нуля”);
- при изменении знака входного сигнала должен изменяться и знак выходного напряжения;
- отношение выходного напряжения к входному должно быть постоянной величиной;
- коэффициент усиления не должен зависеть от частоты усиливаемого сигнала.
В отличие от других усилителей, например усилителей низкой частоты, связь между каскадами УПТ должна быть непосредственной (гальванической), так как ни разъединительный конденсатор, ни трансформатор не пропускают постоянный или медленной изменяющийся ток. При этом возникает ряд сложностей с отделением полезного сигнала от постоянных составляющих напряжений и токов, необходимых для нормальной работы каскада. Кроме того, отсутствие конденсатора или трансформатора приводит к тому, что через усилитель одновременно могут проходить полезный сигнал и сигнал помехи. Причиной помехи является изменение начального режима работы каскада под влиянием различных дестабилизирующих факторов (например, изменений температуры, напряжения источника питания и др.). На входе УПТ оба сигнала (полезный и помехи) складываются и различить их невозможно. Это создает ложное представление об истинном значении усиленного полезного сигнала.
Изменение сигнала на выходе при отсутствии изменений входного сигнала, вызываемое воздействием дестабилизирующих факторов, называется ДРЕЙФОМ НУЛЯ УПТ.
Для уменьшения дрейфа нуля стабилизируют источники питания, вводят отрицательную обратную связь, а также применяют специальные балансные схемы. Особое место занимают УПТ с преобразованием (модуляцией и демодуляцией) сигнала.
Одной из наиболее распространенных схем УПТ с ограниченным дрейфом нуля является дифференциальный усилитель, выполненный по параллельно-балансной схеме. УПТ этого типа построен по принципу сбалансированного четырехплечевого моста. В лабораторной работе исследуется работа трехкаскадного усилителя постоянного тока (рисунок 5.1). Первые два каскада выполнены по параллельно-балансной схеме, третий – усилитель мощности по схеме с ОК.
Рассмотрим работу первого каскада. Два плеча моста образованы транзисторами T1 и T2, а два других - коллекторными резисторами RK1 и RK2. К одной диагонали моста подключается источник питания Ек, в другую включается нагрузка. Правая и левая половины праллельно-балансного каскада выполняются одинаковыми. Для этого применяют однотипные транзисторы с одинаковыми параметрами.
На коллекторных резисторах RK1 и RK2 выделяется усиленный сигнал. Резисторы RГ-RГ1 фиксируют потенциал баз транзисторов и совместного с резистором RЭ12 обеспечивают оптимальный выбор рабочих точек транзисторов в режиме покоя. Кроме того, резистор RЭ12 служит для стабилизации эмиттерного тока. В данной схеме резистор R3 используются для балансировки усилителя.
Входной сигнал от источника ЕГ подается между базами обоих транзисторов. При равенстве входных сопротивлений транзисторов на одной базе появляется сигнал + ЕГ / 2, а на второй: - ЕГ / 2.
В транзисторах p-n-p типа повышение потенциала базы вызывает уменьшение коллекторного тока. В результате этого потенциал коллектора относительно массы понижается. Соответственно понижение потенциала базы второго транзистора увеличивает коллекторный ток и повышает потенциал коллектора.
Рисунок 5.1 - Схема УПТ с непосредственной связью
Разность потенциалов обоих коллекторов является выходным напряжением Uвых усилителя.
Выходное сопротивление усилителя Rвых:
.
Учебное оборудование
Л абораторный стенд «Исследование усилителей постоянного тока».