Лабораторное задание

1. Ознакомиться с расположением органов управления стендом и поставить потенциометры, регулирующие уровни напряжений смещения и возбуждения в крайнее левое положение.

Включить для прогрева лабораторный стенд и осциллограф. На экране жидкокристаллического дисплея (ЖКД) в правой верхней части лицевой панели должна появиться надпись, указывающая на работоспособность встроенного мультиметра, а на светодиодном индикаторе установки частоты генератора сигнала возбуждения высветится текущее значение частоты.

Перед началом работы, нажимая кнопки клавиатуры мультиметра, следует изучить последовательность вывода информации на экран ЖКД.

2. Исследовать влияние угла отсечки коллекторного тока транзистора при постоянной амплитуде импульса коллекторного тока на основные энергетические характеристики усилителя. Для этого установить переключатели S1 и S2 в положение 1 (рис.1.9), подстроив одноконтурный усилитель мощности (рис.1.10).

Рис.1.10. Принципиальная схема одноконтурного УМ

Установить напряжение смещения E _б= 0, 65 В, (что соответствует углу отсечки θ = 90º), а частоту сигнала f, равной резонансной частоте выходного контура.

Увеличением напряжения возбуждения установить граничный режим работы усилителя. При этом ток контура I_конт достигнет своего максимального значения, а формы импульсов коллекторного и эммитерного токов станут симметричными с уплощенной вершиной и углом отсечки 90º. В этом режиме с помощью осциллографа нужно определить и записать величину амплитуды импульса коллекторного тока.

Изменяя напряжение смещения E _б от 0, 35 В до 0, 85 В при постоянной амплитуде импульса коллекторного тока (обеспечивается соответствующим изменением напряжения возбуждения U _б), снять зависимости U_б, I _к0, I _конт и угла отсечки θ от напряжения смещения E _б. Угол отсечки удобнее всего определять по осциллограмме импульсов коллекторного тока, но можно и с помощью соотношения cos θ = (E _б0- Е _б)/( U _б), где E _б0= 0, 65 В – напряжение запирания кремниевого транзистора. Результаты измерений свести в таблицу. Количество точек измерений должно быть достаточным для построения графиков. Ниже показан возможный образец таблицы.

Таблица 1.4

Зависимость параметров генератора от угла
отсечки при I_кm = const

E б, В
θ, град
U б, В
I к0, мА
I конт, мА
P 0, Вт
P 1, Вт
Р к, Вт
η

По результатам измерений рассчитать параметры усилителя:

мощность Р ₀ = I _к0 E _к, потребляемую от источника коллекторного питания, где E _к=12 В – напряжение источника коллекторного питания;

колебательную мощность Р ₁. При высоком контурном КПД (η _к 1), пренебрегая потерями в контуре, можно принять η η _е η _к η _е и Р ₁= Р _н , так что Р ₁= Р _н = I _конт ²R _к1, где R _к1 = 20 Ом – сопротивление нагрузки контура; Р _н – мощность в нагрузке;

мощность Р _к =Р ₀- Р ₁, рассеиваемую на коллекторе транзистора;

КПД усилителя η = Р ₁/ Р ₀.

Результаты расчетов свести в таблицу.

По данным табл. 1.4 построить (лучше на одном рисунке) графики I _к0, I _конт, Р ₀, Р ₁, Р _к, η (θ).

3. Снять нагрузочные характеристики усилителя мощности, т.е. зависимости U _к, I _к0, I _конт, P ₀, P ₁, P _к, η, от величины резонансного сопротивления выходного контура относительно точек подключения транзистора R_эк. Схема выходного контура приведена на рис.1.11, где обозначено:

, и — индуктивность и емкости контура;

R _к1 — сопротивление нагрузки, включенное в индуктивную ветвь контура;

r — сопротивление потерь контура;

U и U _к — амплитуды напряжения на контуре и в точках подключения транзистора.

Рис.1.11. Схема выходного контура

Резонансное сопротивление контура на рис.1.11 относительно точек подключения транзистора равно

.

При высокой добротности ненагруженного контура (Q₀ > > Q) справедливо неравенство r < < R_н и можно использовать равенства:

,

где — коэффициент включения контура;

— характеристическое сопротивление контура;

— резонансная частота контура.

Для снятия указанных зависимостей установить значение напряжения смещения Е _б = 0, 65 В, а переключатель S2 поставить в положение 1.

При настройке контура в резонанс изменением амплитуды напряжения возбуждения установить граничный режим работы УМ. С помощью осциллографа контролировать форму импульса коллекторного тока. В граничном режиме вершина импульса получается уплощенная или с небольшим провалом.

Изменяя с помощью переключателя S1 коэффициент связи АЭ с контуром при постоянном напряжении смещения и возбуждения снять зависимости U _к, I _к0, I _конт от положения переключателя S1. Полученные данные свести в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Нагрузочные характеристики ГВВ

S 1
С св1, нФ		6, 7		3, 3	2, 5
U к, В
I к0, мА
I конт, мА
R эк, Ом
P 0, Вт
P 1, Вт
P к, Вт
η

Для каждого положения переключателя рассчитать величину сопротивления коллекторной цепи R _эк и параметры P ₀, P ₁, P _к, η. Результаты расчета занести в табл. 1.5. По данным табл. 1.5 построить графики U _к, I _к0, I _конт, P ₀, P ₁, P _к, η (R _эк).

4. Снять настроечные характеристики усилителя, т.е. зависимости U _к, I _к0, I _конт, P ₀, P ₁, P _к и η от частоты входного сигнала.

Эксперимент провести для двух значений коэффициента связи с контуром, соответствующих граничному (S1-3) и слегка перенапряженному (S1-4) режимам работы УМ при постоянных значениях напряжений смещения (E_б =0, 65 В) и возбуждения.

Граничный и перенапряженный режимы нужно устанавливать при настройке контур в резонанс, контролируя по осциллографу форму импульсов коллекторного тока. При снятии характеристик частоту входного сигнала f нужно изменять в широких пределах.

Зарисовать формы импульсов коллекторного тока при настройке входного контура ГВВ в резонанс и при расстройке.

Экспериментальные U _к, I _к0, I _конт(f) и расчетные P ₀, P ₁, P _к, η (f) зависимости свести в табл. 1.6 и 1.7. Количество точек измерений должно быть достаточным для построения графиков.

По данным табл. 1.6 и 1.7 построить графики U _к, I _к0, I _конт, P ₀, P ₁, P _к, η (f). Отметить на графиках области недонапряженного и перенапряженного режимов работы усилителя.

Таблица 1.6

Настроечные характеристики ГВВ в граничном режиме (S1-3)

f, кГц
U к, В
I к0, мА
I конт, мА
P 0, Вт
P 1, Вт
P к, Вт
η, %

Таблица 1.7

Настроечные характеристики ГВВ в перенапряженном
режиме(S1-4)

f, кГц
U к, В
I к0, мА
I конт, мА
P 0, Вт
P 1, Вт
P к, Вт
η, %

 

5. Индивидуальное задание

Выполняя пп.3 и 4 работы для случаев недонапряженного, граничного и перенапряженного режимов работы транзистора, с помощью осциллографа наблюдать и зарисовать динамические характеристики коллекторного тока. Для этого на вход канала Y осциллографа нужно подать сигнал, пропорциональный току коллектора, а на вход X — пропорциональный напряжению на коллекторе.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Принципиальная схема исследуемого УМ.

3. Таблицы с данными экспериментов и расчетов.

4. Графики экспериментальных и расчетных зависимостей.

5. Осциллограммы импульсов токов.

6. Краткие выводы с анализом результатов работы.

 

Контрольные вопросы

Основные

1. Как по осциллограмме определить угол отсечки коллекторного тока?

2. Почему мощные генераторы с внешним возбуждением работают с отсечкой выходного тока?

3. Объяснить назначение элементов схемы и работу стенда (рис.1.10).

4. Как можно настроить УМ в граничный режим работы?

5. Усилитель работал в граничном режиме, затем напряжение возбуждения было увеличено. Как надо изменить напряжение питания E _к, чтобы режим снова стал граничным?

6. Усилитель работал в граничном режиме, затем напряжение питания E _к было уменьшено. Как надо изменить напряжение смещения, чтобы режим снова стал граничным?

7. Получить формулу для определения резонансного сопротивления контура относительно точек подключения транзистора R_эк (рис. 1.11) в случае: а) малой; б) большой добротности ненагруженного контура.

 

Дополнительные

8. Объяснить ход нагрузочных характеристик УМ, полученных в ходе выполнения лабораторной работы.

9. Объяснить ход настроечных характеристик УМ, полученных в ходе выполнения лабораторного задания.

10. Объяснить ход зависимостей характеристик генератора от угла отсечки, полученных в ходе выполнения лабораторного задания, сравнить их с теоретическими.

11. Нарисовать формы импульсов тока коллектора в недонапряженном режиме при двух значениях: а) U _б, б) E _б, в) E _к.

12. Нарисовать формы импульсов тока коллектора в перенапряженном режиме при двух значениях: а) U _б, б) E _б, в) E _к.