Подключить генератор к гнезду Г4.

ПАРАМЕТРЫУСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

 

Методические указания

к лабораторному практикуму по курсу

Электроника

Работа 5

 

 

Екатеринбург

 

 

1. Цель работы

Определение параметров усилительного каскада по переменному току и сравнение их с расчетными значениями.

2. Подготовка к работе

Включить генератор сигналов (ГС), мультиметр (ЦВ), осциллограф (Осц), вольтметр переменного напряжения В_~ (М1).

Генератор: в верхнем ряду нажать кнопку «1 К», ручкой «частота» установить 2 кГц, нажать кнопки форма сигнала «sin », «–20 дБ». Ручку «AMPL» – амплитуда – плавно потянуть на себя. При этом выходное напряжение генератора уменьшается до нескольких милливольт.

Выход ГС «50 Ом» провод красного цвета подключить к гнезду Г4, провод черного цвета к общей шине рис.1.

Мультиметр нажать кнопки: «V», «АС», диапазон «200 мV».

Провод красного цвета подключить к гнезду Г5 рис.1.

Выходное напряжение генератора ручкой «AMPL» установить таким,
чтобы напряжение U_ВХ на гнезде Г5 оказалось равным 3 ÷ 6 мВ.

Осциллограф. Переключатели установить: «вольт / дел» в положение
0,5 В, «время/дел» в положение 0,5 мс.

Вход осциллографа провод красного цвета подключить к гнезду Г11.

Вольтметр М1 «клювик» или риску переключателя установить на
диапазон 1 Вольт.

Миллиамперметр ИП-1 переключателем включить диапазон 10 мА.

2.1.1 Собрать схему каскада рис. 1. Резисторы R1 и R_Д подключены.

Подключить нагрузку R_Н = R_К из имеющихся сопротивлений (Г11).

2.1.2 Включить стенд. Ручкой регулировки «Е_К» установить напряжение
Е_К = 18 В, гнездо Г8.

Напряжение контролируется вольтметром постоянного тока
(В₌ ИП-2 учитывая, что полный диапазон составляет 20 Вольт ).

Внимание. Напряжение источника Е_к далее не изменять!

2.1.3 Настройка усилителя по постоянному току (смотри работу 4).

Переключить провод красного цвета вольтметра ИП–2 к коллектору транзистора точка «К».

Изменяя сопротивление R_б1, установитьнапряжение U_КЭ = (7 ÷ 9) В.
Если и изменение R_б1 не влияет на это напряжение, то следует проверить вольтметром ИП–2 напряжение на базе, которое должно быть в области 0,6 В. Если это напряжение >0,6 В, то проверить, подключена ли база транзистора к делителю R_б1, R_б2, эмиттер к общей шине, резистор R_б1 к гнезду Г8. Подключить вольтметр ИП–2 к коллектору и продолжить настройку усилителя.

– Коэффициент усиления по напряжению на холостом ходу
К_Uх = U_ВЫХх / U_ВХ. (Внимание, К_Uх > К_Uн )

– Выходное сопротивление R_ВЫХ = ∆U_ВЫХ / ∆ ί _Н.

Характеристический треугольник построить на графике 1 рис. 4
в области, где мощность Р_Н имеет максимальное значение.

R KH

Вычислить выходное сопротивление по классической формуле
R_ВЫХ= U_ВЫХх / ί _КЗ. Сравнить с сопротивлением, полученным путем измерения пункт 3.2.

R ВХ

Вычислить расчетный коэффициент К_U = B

	R K· R H

R K + R H

где R _KH =.

 

Сравнить расчетный и измеренный коэффициенты.

– Коэффициент полезного действия усилителя КПД = (Р_Нm / Р_Е)·100%,

где Р_Е = Е_К·I_Е – мощность, потребляемая усилителем от источника Е_К.
Параметры каскада поместить в таблицу 3.

Сравнить параметры каскада для постоянного тока (работа 4) и для
переменного тока.

Таблица 3.

Параметр	КUх	КUн	RВХ	RВЫХ	КПД	КI	KР
Значение	Раб. 5
Раб. 4

 

5. ВЫВОДЫПО РАБОТЕ

Пояснить, какими электротехническими законами пользовались при определении параметров усилителя.

Провести анализ совпадения и различия параметров, представленных в таблице 3.

 

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие элементы схемы обеспечивают режим транзистора по постоянному току.

2. Из каких соображений выбирается режим транзистора по переменному току.

3. Почему входное сопротивление различное для постоянного и переменного токов.

 

7. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Смотри требования к отчету в предыдущих работах.

3.5 Выключить стенд, разобрать схему.

3.5.1 Цифровой вольтметр (тестер) перевести в режим измерения сопротивлений, нажать кнопки «кΩм» и диапазон «200 К». Щупы омметра подключить к резистору R_б1.

– Измерить его сопротивление, записать в протокол. Величина сопротивления R_б2 указана на схеме, также записать в протокол.

– Вычислить R_ВХ = R_б1 // R_б2 // h₁₁ (сопротивления включены параллельно) рис. 2. Величину сопротивления h₁₁ взять из предыдущих работ.

– Сравнить с R_ВХ, полученным в пункте 3.4.

4 Обработка результатов измерений

4.1 По данным таблицы 1 построить передаточную (амплитудную) характеристику усилителя рис. 3. В средине линейного диапазона построить треугольник и определить коэффициент усиления каскада по напряжению

К_U = ∆U_ВЫХ / ∆U_ВХ (К_U >> 1).

4.2 По данным таблицы табл. 2 построить нагрузочную характеристику каскада U_ВЫХ = ƒ(ί _Н) график 1 рис. 4.

На этом же рисунке построить характеристику выходной мощности

Р_Н = ƒ(ί _Н) график 2.

Внимание, масштабы осей U_ВЫХ и Р_Н различные.

При построении обязательно указать масштаб и размерность осей.

Размерность осей равномерная.

ΔUВЫХ

мВ U_ВЫХ мВ U_ВЫХ Р_Н мВт

PHmax

1000 + U_ВЫХх 1 2

ΔUВХ

500 +

U_ВХ i _H

i КЗ

5 10 мВ 0 мА

Рис. 3. Амплитудная Рис. 4

характеристика

4.3 Вычислить параметры усилителя для нагрузки R_Н = R_К

– Коэффициент усиления по напряжению К_Uн = U_ВЫХн / U_ВХ.

Выразить в децибелах К_Uн [Дб] = 20·lgК_Uн.

– Коэффициент усиления по току К _i = ί _Н / i _ВХ.

– Коэффициент усиления по мощности K_p = К_Uн ·К _i,

сравнить K_p = Р_Н / Р_ВХ.

 

2.1.4 Настройка усилителя по переменному сигналу.

Если сигнал на осциллографе имеется, то регулировками “стабильность” и “уровень” добиться устойчивого изображения. Если сигнал отсутствует, то вход осциллографа переключить к коллектору транзистора. Если сигнал появился, то проверить, подключен ли конденсатор С2. Если сигнала на коллекторе нет, то проверить его наличие последовательно на базе, на входе каскада, увеличив чувствительность осциллографа в 10 раз.

 

Рис. 1. Схема для определения основных параметров каскада ОЭ

Таким образом найти цепь, где отсутствует соединение или контакт и устранить неисправность. Переключить осциллограф к Г11 и убедиться в наличии сигнала (не забудьте установить “вольт/дел” в положение 0,5 В).

Увеличивая напряжение сигнала U_ВХ ручкой «AMPL» ГС на входе каскада, наблюдать за формой сигнала на осциллографе. Изменять U_ВХ до такой величины, пока не появятся заметные искажения формы выходного сигнала. Если ”поджимается” (нелинейные искажения) верхняя или нижняя часть синусоиды, то плавным изменением резистора R_б1 добиться симметричного ограничения сигнала. Уменьшить U_ВХ так, чтобы искажения формы синусоиды были едва заметны.

 

3. Проведение измерений

Заготовить таблицы 1 и 2. В табл. 2 строку 1 пока не заполнять.

3.1 Амплитудная характеристика усилителя U _ВЫХ = ƒ(U _ВХ) табл. 1

– Отключить сопротивление нагрузки R_Н удалив соединительную перемычку, обеспечив режим холостого хода усилителя.

Установить такое напряжение U_BX, чтобы U_ВЫХ = 1,0 В (вольтметр М1).

– Отметить в протоколе значение входного напряжения.
В таблице 2 при R_Н = ∞ вписать в ячейку U_ВЫХх значение 1,0 В.

– Записать в протокол величину тока I_E прибора ИП-1 в миллиамперах.

– Подключить нагрузку R_Н = R_К.

Измерить выходное напряжение с нагрузкой U_ВЫХн и входное напряжение U_ВХ. Записать в табл. 1

– Записать величину тока I_E прибора ИП-1 в миллиамперах.

– Напряжение U_ВХ ручкой «AMPL» уменьшать через 1 ÷ 2 мВ до минимального значения, записывая в таблицу напряжения U_ВЫХ = U_H.

Для получения U_ВХ = 0 отключить ГС от гнезда Г4, записать U_ВЫХ.

Подключить генератор к гнезду Г4.

Таблица 1. Данные для амплитудной характеристики.

UВХ [мB] (ЦВ)		8 ÷ 10 отсчетов	UВХ
UВЫХ = UH [мB] (М1)		...........	U ВЫХн

 

3.2 Выходное сопротивление усилителя

U_ВЫХх = 1 В. Напряжение U_ВЫХн взять из таблицы.

Вычислить

 

3.3 Нагрузочная характеристика U_Н = f (ί _Н)

Для получения этой характеристики необходимо изменять ток нагрузки. Изменение достигается путем изменения величины сопротивления нагрузки R_Н.

Для любого источника напряжения (тока) существует оптимальная нагрузка, при которой источник отдает в нагрузку максимальную мощность. Эти особенности усилителя предстоит проверить в данном измерении.

Значения сопротивления R_Н формируются следующим образом. Возле гнезда Г11 имеется два резистора R_Н и 2·R_Н.

Вычисляем (R_Н + 2·R_Н), полученное значение записываем в ячейку третьей колонки первой строки. Значение 2·R_Н записываем в 4-ю колонку. Вычисляем (R_Н //2·R_Н) (параллельное соединение), записываем в 6-ю колонку и т.д. Резистор в 8-й колонке может быть от 560 до 720 Ом.

Подключая полученные сопротивления R_Н, измерять вольтметром М1 напряжение U_Н и записывать в таблицу 2.

 

 

 

Таблица 2. Данные для нагрузочной характеристики.

RН [кОм]		3·RН	2·RН	RН	0.66RН	1 кОм	0,6· кОм
UН [мВ]	UВЫХ.х
ί Н [мА]								ί КЗ
РН [мВт]

Внимание. После проведения измерений подключить нагрузку R_Н = R_К.

Вычислить и заполнить таблицу

– ί _ВЫХ = ί _Н = U_Н / R_Н для значений нагрузок, использованных выше.

– Р_Н = U_Н· ί _Н – мощность переменного тока в нагрузке.

– ί _КЗ = U_ВЫХх / R_ВЫХ – ток короткого замыкания. R_ВЫХ взять из п.3.2.

– ί _КЗ отметить на оси тока рис. 4.

3.4 Входное сопротивление каскада

Последовательно с входом каскада включено добавочное сопротивление R_Д (преобразователь тока в напряжение) величиной 120 ÷ 260 Ом
(гнезда Г4, Г5) рис. 2.

Записать в протокол величину сопротивления R_Д указанную на корпусе резистора_.

Установить напряжение U_ВХ ручкой «AMPL» такое, чтобы
выходное напряжение усилителя оказалось равным U_ВЫХ = U_H = 1 В.

Измерить напряжениеU_ВХ на гнезде Г5. Записать в протокол.

Подключить вольтметр к резистору R_Д провод черного цвета к гнезду Г4, как показано на рис.2. Измерить падение напряжения U_R на сопротивлении. Это напряжение составляет 2 ÷ 10 мВ.

Вычислить:

– Входное сопротивление R_ВХ = U_ВХ / i _ВХ, i _ВХ = U_R / R _Д. Записать в табл. 3.

– Мощность, потребляемую от источника сигнала усилителем
Р_ВХ = U_ВХ· i _ВХ [мВт].

Г4 R_Д Г5 i _ВХ

R1

ЦВ

ГС

ЦВ U_ВХ R_б1 R_б2 h₁₁

Рис.2. Входная цепь усилителя для переменного тока