Ростов-на-Дону, 2002

Методические указания к выполнению работы.

Подготовьтесь к семинару по теме: «Спортивные игры и упражнения».

Изучите соответствующую теме литературу, законспектируйте основные положения по предложенному плану (или составленному самостоятельно) и выполните практические задания.

При подготовке к семинару необходимо обратить внимание на общую характеристику игр и упражнений, роль каждого вида движений в развитии ребенка, систему обучения, последовательность в ознакомлении с различными элементами техники, приемы обучения каждому элементу техники и их соотношение на разных этапах учебного процесса, предупреждение и исправление ошибок, темп, дозировку нагрузки при выполнении физических упражнений, создание условий для обучения спортивным играм и упражнениям.

Сопоставьте методику обучения спортивным играм и упражнениям, изложенную в литературных источниках, с собственным опытом обучения упражнениям, играм или практической деятельностью других воспитателей, отметьте достоинства и недостатки.

Подготовьтесь к показу техники упражнений и проведению игровых упражнений.

 

План семинара:

 

1. Методика обучения дошкольников зимним видам спортивных упражнений

§ Передвижению на лыжах

§ Катанию на коньках

§ Катанию на санках

2. Методика обучения дошкольников летним видам спортивных упражнений

§ Плаванию

§ Катанию на велосипеде, самокате

3. Методика обучения дошкольников спортивным играм

§ Городки

§ Баскетбол

§ Бадминтон

§ Настольный теннис

§ Хоккей

§ Футбол

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДИНОЧНОГО КАСКАДА УСИЛИТЕЛЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

 

Методические указания
к лабораторной работе №31А по дисциплине
«Электротехника и электроника»

 

Ростов-на-Дону, 2002

Составитель: канд.техн.наук, доцент О.Р. Менаджиев.

УДК 621.375.132.4.(076.5)

 

 

Исследование одиночного каскада усилителя на биполярном транзисторе. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Электротехника и электроника». / ДГТУ. Ростов-на-Дону, 2002. 11 с.

 

Методические указания предназначены для студентов дневного отделения, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника», специальностей 120100, 120200, 120300, 120400, 120500, 120600, 170600, 171000.

 

Печатается по решению методической комиссии факультета «Автоматизация и информатика».

 

Научный редактор: канд. техн. наук, доцент Б.М. Кулагин.

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Л.Н. Ананченко.

 

© Донской государственный технический университет, 2002

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Приобрести навыки:

1.1. Расчёта нелинейных цепей на примере транзисторного усилительного каскада с RC -связями графоаналитическим методом.

1.2. Снятия и исследования амплитудных характеристик усилителя.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Построение линии нагрузки с использованием полученного в л.р. № 31 семейства выходных харак­теристик биполярного транзистора. Определение положения рабочей точки РТ режима покоя усилительного каскада.

2.2. Получение и построение амплитудной характеристики усилительного каскада, определение коэффициента усиления по напряжению.

3. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

3.1. Соединить с земельным зажимом лабораторного стенда ЭС-4 земельные зажимы многопредельных вольтметров и осциллографа.

3.2. Следить за правильным выбором пределов измерения вольтметра и осциллографа.

3.3. Выполнять общие правила техники безопасности при работе в электротехнических лабораториях.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ПРОВЕДЕНИЮ РАБОТЫ

4.1. Изучить раздел «Усилительный каскад с общим эмиттером» ([1] с. 100-108, [2] с. 121-129).

4.2. Изучить данную методическую разработку, обратив особое внимание на методику и порядок проведения исследований.

4.3. Подготовить бланк отчета по работе.

5. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка включает в себя стенд ЭС-4 для исследования усилительного каскада на биполярном транзисторе, собранного по схеме с общим эмиттером (ОЭ), многопредельные электронные вольтметры PV ₁и PV ₂и осциллограф PS (рис. 1).

Исследуемый усилитель переменных напряжений (рис. 1) обес­печивает увеличение входного сигнала по мощности без искажений его фор­мы на выходе. Основной усиливаемой величиной является напряжение, но может быть также и ток или мощность электри­ческого сигнала.

Усиливаемый сигнал переменного напряжения U _вх подается на вход усилителя и подключается к переходу транзистора «ба­за-эмиттер». Выходное усиленное напряжение снимается с наг­рузки R _н, включенной между эмиттером и коллектором тран­зистора.

Транзистор не может усиливать сигнал без дополнительного источника энергии, поэтому в состав усилителя входит источник коллекторного питания Е _к, подключенный к транзистору через резистор R _к.

Рис. 1. Схема усилителя с RC -связью с общим эмиттером на биполярном транзисторе

Для работы усилителя без искажений формы входного сигнала на характеристиках транзистора выбирают рабочую точку: задают начальные значения тока и напряжения базы (I _бо, U _бо) и коллектора (I _ко, U _ко). Начальные значения I _бо и U _бо зада­ют подбором сопротивлений делителя напряжения R ₁ и R ₂, а величина сопротивления R _к определяет начальные значения то­ка I _ко и напряжения U _ко.

Для определения положения рабочей точки следует на графике семейства выходных характеристик транзистора провести линию нагрузки АВ, соответствующую уравнению электрического сос­тояния коллекторной цепи:

(1)

Это уравнение прямой линии, которую легко построить по двум точкам: А (I _к=0, U _к= Е _к) и В (U _к=0, I _к= E _к/ R _к) (рис. 2). По точкам пересечения линии нагруз­ки АВ с выходными характеристиками транзистора строится переходная характеристика усилителя I _к (I _б). Рабочую точку (PT) выбирают на переходной характеристике в зависимости от назначения усилительного каскада (усилитель напряжения, мощности, избирательный усилитель) и соответствующего ему класса усиления (А, В или С).

Все усилители напряжений и токов работают только в режиме класса А, то есть в режиме, обеспечивающем минимальные искаже­ния формы сигнала. Это достигается выбором рабочей точки строго посередине линейного участка переходной характеристи­ки.

По положению рабочей точки покоя, то есть в условиях отсут­ствия переменного входного сигнала, определяются I _ко, U _ко, I _бо.

При подаче на вход усилителя переменного синусоидального напряжения u _вх во входной цепи возникает переменная сос­тавляющая тока i _вх. При этом в цепи базы транзистора про­исходит суммирование переменной составляющей i _вх с пос­тоянной составляющей I _бо.

Рис. 2. Построение линии нагрузки, переходной характеристики и выходного напряжения

Благодаря конденсатору С ₁ в источнике входного сигнала отсутствует влияние напряжения базы, то есть постоянная сос­тавляющая тока базы I _бо.

Переменное напряжение u _вх вызывает небольшой по величине переменный ток i _вх (мкА), который, то приоткрывая, то при­крывая транзистор при прохождении в цепи базы, вызывает появление переменной составляющей i _к в коллекторном токе значительно большей величины (mА) и, соответственно, в кол­лекторном напряжении U _к (В). Переменная составляющая коллекторного напряжения через конденсатор связи С ₂ поступает на выход усилителя и создает в резисторе R _н выходной ток i _выx и напряжение u _вых. Величина выходного нап­ряжения пропорциональна величинам сопротивлений R _к и R _н. Если их выбрать достаточно большими (кОм), то переменная составляющая коллекторного напряжения в зависимости от R _к, а, следовательно, и u _вых в зависимости от R _н будут значи­тельно больше входного напряжения u _вх.

Для повышения температурной стабильности усилителя в цепь эмиттера включен резистор R _э, создающий отрицательную об­ратную связь по напряжению. Повышение температуры приводит к увеличению тока эмиттера I _э, что вызывает увеличение паде­ния напряжения на резисторе R _э, которое через R ₂ при­ложено к базе транзистора. Следовательно, напряжение на базе уменьшится с ростом падения напряжения на резисторе R _э, и ток коллектора I _к уменьшится на необходимую величину. Но при введении в цепь R _э может уменьшиться и переменная составляющая усиливаемого сигнала. Чтобы этого не произош­ло, параллельно резистору R _э включается конденсатор С _э, представляющий для переменной составляющей i _э очень неболь­шое сопротивление и очень большое для постоянной составляю­щей I _э.

Таким образом, функциональное назначение элементов уси­лительного каскада (рис. 1) следующее: VT – транзистор, усилительный элемент;

R _к – резистор коллекторной нагрузки; R ₁, R ₂ – делитель напряжения, предназначенный для задания рабочей точки в режиме покоя;

С ₁ – разделительный конденсатор, исключающий влияние постоянной составляющей напряжения режима покоя каскада усиления на источник входного сигнала;

C ₂ – разделительный конденсатор, препятствующий прохожде­нию в нагрузку постоянной составляющей коллек­торного напряжения;

R _э, С _э – элементы отрицательной обратной связи температурной стабилизации.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

6.1. Подключить электронные вольтметры и осциллограф к стенду. При этом «земляные» провода (┴;) вольтметров и осциллографа подключаются к «земле» стенда (┴;), а потенциальные – к гнёздам базы транзистора и U _вых усилительного каскада (рис. 1).

6.2. Подготовить к работе осциллограф и ламповые вольт­метры. Установить пределы измерения вольтметра PV ₁в мВ, а вольтметра PV ₂– в В. Подключить приборы к сети питания и дать им прогреться 3÷5 мин.

6.3. Собрать на стенде схему усилительного каскада с об­щим эмиттером (см. схему на лицевой панели стенда), для чего:

· тумблер В12 установить в положе­ние «~ U _вх»;

· тумблер В14 – в положение «с общ. эмит­тером»;

· тумблер В1 – в положение «Откл»;

· тумблеры В2, В5 – в положение «Вкл»;

· тумблеры ВЗ и В4 служат для набора величины сопро­тивления коллекторной нагрузки R _к: 2 кОм; 1 кОм; 3 кОм. Выбор величины R _к производится по указанию преподавателя;

· тумблеры В7, В16 поставить в положение «Вкл», В8, В10 в положение «Откл»;

· тумблеры В6, В9, В11 служат для набора величины сопротивления в цепи эмиттера: 100 Ом; 2 кОм; 1 кОм. Величина сопротивления R _э устанавливается по указанию преподавателя.

6.4. Величина коллекторного напряжения Е _к задает­ся преподавателем (5÷15 В). Регулирование входного переменного напряжения осуществляется потенциометром R ₁₂.

6.5. Изменяя величину входного напряжения, снять амплитудную характеристику усилителя U _выx = f (U _вx) пpи f = const. Данные занести в таблицу 1:

Таблица 1.
Амплитудная характеристика усилителя, включенного по схеме с ОЭ.

U вх, мB
U вых, В

При снятии амплитудной характеристики учитывайте, что линейное усиление происходит до тех пор, пока форма выходного сигнала U _вых повторяет форму входного сигнала U _вх. Появление искажений формы U _вых (например, срезов на синусоиде) означает окончание линейного участка амплитудной характеристики.

6.6. Зарисовать осциллограммы U _выx = f (t) для линейного и нелинейного участков амплитудной характеристики.

7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

7.1. Основной характеристикой усилительного каскада является амплитудная характеристика, то есть зависимость выходного напря­жения от входного U _вых (U _вх) (рис. 3).

С ростом амплитуды входного сигнала выходное напряжение на начальном участке характеристики изменяется пропорциональ­но ему по линейному закону. На этом участке нелинейные ис­кажения выходного напряжения отсутствуют.

При большей амплитуде входного сигнала появляются нелиней­ные искажения формы выходного напряжения, которые обусловлены нелинейностью переходной характеристики транзистора.

По данным табл. 1 построить график амплитудной характеристики усилительного каскада.

Рис. 3. Амплитудная характеристика усилительного каскада

7.2. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению:

где U _вых = I _н R _н – действующее значение напряжения на нагрузке;

U _вх = I _б R _вх – действующее значение входного напряжения.

Коэффициент усиления легко определить по крутизне амплитудной характеристики (рис. 3):

пределы изменения коэффициента усиления каскада по напряжению:

8. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

8.1. Цель работы.

8.2. Схема усилительного каскада (рис. 1).

8.3. Таблица с результатами измерений.

8.4. Амплитудная характеристика каскада.

8.5. Осциллограммы выходного напряжения при различном уровне входного напряжения.

8.6. Выводы.

Схемы и графики должны быть выполнены аккуратно с помощью чертежных инструментов.

9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

9.1. Назначение элементов схемы усилительного каскада с общим эмиттером.

9.2. Как работает приведенный в описании усилитель (рис. 1)?

9.3. Как строится линия нагрузки?

9.4. Как строится переходная характеристика и выбирается рабочая точка в режиме класса А?

9.5. Что такое амплитудная характеристика усилителя? Объясните появление нелинейного участка.

9.6. Как определить коэффициент усиления по амплитудной характе­ристике?

9.7. Как определить токи и напряжения покоя транзисторного каскада?

9.8. Какие меры принимаются для температурной стабильности каскада?

10. ЛИТЕРАТУРА

10.1. Основы промышленной электроники (под ред. В.Г. Герасимова – М: Высшая школа, 1978.

10.2. Кулагин Б.М. Электротехника, электроника и электропривод. Ч.1, Учеб. пособие. Ростов-на-Дону, Издательский центр ДГТУ, 1995.

 

Составитель: к.т.н., доц. О.Р.Менаджиев