Краткие теоретические сведения.
Надежность усилителя определяется надежностью комплектующих элементов. Элементы, выбираемые для любого проектируемого устройства, должны обеспечивать на его выходе заданные характеристики; по своим параметрам и характеристикам элементы должны соответствовать требованиям, предъявляемым к устройству по климатическим, механическим и электрическим уровням нагрузок; надежность элементов должна обеспечивать требуемую долговечность и безотказность работы устройства; элементы должны применяться по своему прямому назначению в соответствии с требованиями технических условий на них.
В исследуемом усилителе надежностные показатели (наработка на отказ, срок службы и др.) зависят от выбранных типов, номинальных показателей и электрической нагрузки элементов (транзисторов, резисторов, конденсаторов).
Экспериментально-расчетная часть
Рис.1 – схема усилителя
Рис.2 – окно осциллографа с входным и выходным напряжениями
Таблица 1 – зависимость выходного напряжения от сопротивления
| R, кОМ | 8,1 | 7,2 | 6,3 | 5,4 | 4,5 | 3,6 | 2,7 | 1,8 | 0,9 | |
| Uвых, мВ | 312,2 | 529,3 | 17,87 | 3,3 | 1,42 | 0,67 | 0,29 | 0,08 |
Коэффициент усиления:
Рис.3 – зависимость коэффициента усиления от сопротивления
Таблица 2 – зависимость выходного напряжения от емкости
| С, мкФ | 0,9 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | |
| Uвых, мВ | 529,3 | 528,9 | 528,4 | 527,5 | 526,6 | 524,9 | 516,3 | 502,3 | 446,5 |
Рис.4 -зависимость коэффициента усиления от емкости
Таблица 3 – зависимость выходного напряжения от частоты
| f, кГц | |||||||||
| Uвых, мВ | 53,7 | 397,2 |
Рис.5 – зависимость коэффициента усиления от частоты
На уровне 0,7 от максимального значения коэффициента усиления по построенному графику определим нижнюю частоту пропускания усилителя:
Как видно из графика, исходная частота в 1,45 МГц попадает в полосу пропускания.
Чтобы продолжить расчет, нужно выставить номиналы элементов, реализующих наибольший коэффициент усиления и вернуть исходную частоту источнику.
Таблица 4 - Результаты измерений и расчетов для резисторов
| Обозначение в схеме | Маркировка | Ток I, мА | Напряжение U, В | Мощность PРАСС, Вт | Коэффициент нагрузки КН |
| R1 | МЛТ-0,125 1 кОм ± 10% | 2,23 | 2,25 | 0,005 | 0,04 |
| R2 | МЛТ-0,125 6,3 кОм ± 10% | 2,375 | 14,95 | 0,035 | 0,28 |
| R3 | МЛТ-0,125 1 кОм ± 10% | 13,81 | 13,91 | 0,192 | 1,53 |
| R4 | МЛТ-0,125-100 Ом ± 10% | 13,95 | 1,4 | 0,020 | 0,16 |
Коэффициент нагрузки резистора рассчитывается по формуле:
,
где PДОП=0,125 Вт.
Далее мы измеряем напряжение каждого конденсатора схемы.
Таблица 5 - Результаты измерений и расчетов для конденсаторов
| Обозначение в схеме | Маркировка | Допустимое напряжение, UДОП, В | Напряжение U, В | Коэффициент нагрузки КН |
| К10‒17‒П33‒10нФ±10% | 2,235 | 0,089 | |
| К10‒17‒П33‒1нФ ±10% | 1,7 | 0,069 | |
| К10‒17‒Н90‒1мкФ ± 10% | 1,34 | 0,053 |
Коэффициент нагрузки резистора рассчитывается по формуле:
,
где UДОП= 25 В.
Таблица 6 - Результаты измерений и расчетов для транзистора
| Обозначение в схеме | Маркировка | Ток IК, мА | Напряжение UКЭ, В | Мощность PДОП, Вт | Мощность PРАСС, Вт | Коэффициент нагрузки КН |
| VT1 | КТ315А | 13,8 | 0,15 | 0,0276 | 0,184 |
Коэффициент нагрузки транзистора рассчитывается по формуле:
,
где PДОП=0,15 Вт.
Определим интенсивности отказов усилителя. Интенсивность отказов согласно варианту 
Таблица 7 - Номинальные интенсивности отказов элементов
| Элемент | Тип | λн, 10-6 1/ч | Тср, °С |
| Резисторы | МЛТ | 0,058 | |
| Конденсаторы | К10-17 | 0,213 | |
| Транзисторы | КТ315А | 1,44 |
Таблица 8 - Расчет эксплуатационной интенсивности внезапных отказов резисторов
| Обозначение в схеме | Маркировка | Р, мВт | КН | α | λв, 10-6 1/ч |
| R1 | МЛТ-0,125 1 кОм ± 10% | 0,005 | 0,04 | 0,22 | 0,01276 |
| R2 | МЛТ-0,1256,3 кОм ± 10% | 0,035 | 0,28 | 0,07 | 0,00406 |
| R3 | МЛТ-0,1251 кОм ± 10% | 0,192 | 1,53 | 0,37 | 0,02146 |
| R4 | МЛТ-0,125-100 Ом ± 10% | 0,020 | 0,16 | 0,1 | 0,0058 |
Интенсивность внезапного отказа для всех элементов рассчитывается по формуле: 
, где λН – это номинальная интенсивность отказов.
Вывод: проделав, эту лабораторную работу я укрепил знания о назначении элементов в схеме усилителя, просмотрел связь между коэффициентом усиления Ky и номинальными значениями частоты входного сигнала fc, а также элементов схемы усилителя: резистора (R1) и конденсатора (Cэ). Также были рассчитаны интенсивности внезапных отказов всех элементов.
3. Контрольные вопросы:
1) Надежность усилителя определяется надежностью комплектующих элементов. Элементы, выбираемые для любого проектируемого устройства, должны обеспечивать на его выходе заданные характеристики; по своим параметрам и характеристикам элементы должны соответствовать требованиям, предъявляемым к устройству по климатическим, механическим и электрическим уровням нагрузок; надежность элементов должна обеспечивать требуемую долговечность и безотказность работы устройства; элементы должны применяться по своему прямому назначению в соответствии с требованиями технических условий на них.
2) Назначение элементов каскада. Резисторы R1 и R2 задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки.
Резистор R3 задает совместно с источником питания положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и одновременно определяет коэффициент усиления каскада.
Резистор R4 в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток покоя коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом. Например, при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора IК0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе R4 (UR4=R4IК0). Поскольку сопротивления R1 и R2 практически не зависят от температуры, постоянное напряжение между базой и корпусом UБ КОРП при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R2, UБЭ, R4, напряжение база-эмиттер UБЭ уменьшится,
что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора R4 не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток IК0 при этом во много раз снижается.
Кроме обеспечения термостабилизации, резистор R4 участвует совместно с базовым делителем, состоящим из сопротивлений R1 и R2, в создании начального смещения UБЭ между базой и эмиттером.
Применение резистора R4 для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной связи. Для ослабления этой обратной связи параллельно резистору R4 включают конденсатор С3. Емкость конденсатора С3 выбирают такой, чтобы даже на самой нижней частоте полосы пропускания каскада его сопротивление было много меньше сопротивления R4.
Конденсатор С1 разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад.
Конденсатор С2 разделяет по постоянному току усилительный каскад и нагрузку.
3) Постоянный, потому что чем больше в элементе подвижных деталей, тем он менее надежен.
4) Транзистор обеспечивает усиление сигнала.
5) Конструктивные факторы, производственные факторы обусловлены нарушениями технологических процессов, загрязненностью окружающего воздуха, рабочих мест и приспособлений, слабым контролем качества изготовления и монтажа и др, условия эксплуатации, удары, вибрация, перегрузки, температура, влажность, солнечная радиация, песок, пыль, плесень, коррозирующие жидкости и газы, электрические и магнитные поля — все влияет на работу устройств.Физическая природа повышения опасности отказов устройств при их включении и выключении заключается в том, что во время переходных процессов в их элементах возникают сверхтоки и перенапряжения, значение которых часто намного превосходит (хотя и кратковременно) значения, допустимые техническими условиями.Электрические и механические перегрузки происходят в результате неисправности механизмов, значительных изменений частоты или напряжения питающей сети, загустения смазки механизмов в холодную погоду, превышения номинальной расчетной температуры окружающей среды в отдельные периоды года и дня и т. д.
6) Отношение фактически выработанной (потребленной, отпущенной) электрической энергии к той энергии, которая могла быть выработана (потреблена, отпущена) за рассматриваемый период при наибольшей мощности.
7) Так как коэффициент нагрузки – это отношение, выраженное как числовое значение или как процент потребления в пределах определенного периода (года, месяца, дня, и т. д.) к потреблению, которое следовало бы из непрерывного использования максимума или другой определенной нагрузки, имеющей место в пределах того же
самого периода.
8) внезапный — отказ, характеризующийся быстрым (скачкообразным) изменением значений одного или нескольких параметров объекта, определяющих егокачество;постепенный — отказ, характеризующийся медленным (постепенным) изменением параметров объекта.
9) 
10) Безотказность зависит от количества элементов, так как каждый элемент имеет свою вероятность отказа, и чем больше таких элементов, тем больше вероятность.
11) К факторам окружающей среды, где функционируют элементы электроустановок, относятся интенсивность грозовой и ветровой деятельности, гололедные отложения, обложные дожди, мокрый снег, густой туман, изморозь, роса, солнечная радиация и другие. Большинство из факторов окружающей среды приводятся в климатических справочниках.
К группе факторов, косвенно влияющих на надежность работы электроустановок, относятся ошибки проектирования и монтажа: несоблюдение руководящих материалов при проектировании, неучет требований надежности, неучет величины емкостных токов в сетях 10 - 35 кВ и их компенсации при развитии сетей, некачественное изготовление элементов электроустановок, дефекты монтажа и др.
Небольшую группу влияющих на показатели надежности электроустановок в эксплуатации составляют случайные факторы: наезд транспорта и сельскохозяйственных машин на опоры, перекрытие на движущийся транспорт под проводами ВЛ, обрыв провода и т.п.