Лабораторная работа № 2 Исследование нагрузочных характеристик генератора с внешним возбуждением

1. Цель работы

Одними из основных параметров генератора с внешним возбуждением (ГВВ) являются нагрузочные характеристики - зависимость электрических показателей от сопротивления нагрузки. К таким показателям относятся: I_Кi - первая гармоника тока коллектора, I₀ - постоянная составляющая тока коллектора, Р_н - мощность, отдаваемая в нагрузку, Рк - мощность, рассеиваемая на коллекторе, Р₀ - потребляемая мощность, η - коэффициент полезного действия.

Изучить:

-нагрузочные характеристики ГВВ;

-зависимость формы импульсов тока от режимов работы ГВВ;

-зависимость энергетических параметров ГВВ от сопротивления нагрузки;

-динамическую характеристику ГВВ.

2. Описание лабораторной установки

Принципиальная электрическая схема макета приведена на рис.2.1. и содержит:

-автогенератор;

-генератор с внешним возбуждением на транзисторе n-p-n проводимости марки КТ701, являющимся мощным кремниевым транзистором, в коллекторной цепи которого включены параллельный колебательный контур LC и нагрузка R_H;

-фильтры гармоник.

Напряжение ВЧ сигнала через трансформатор Т1 поступает на транзистор VT1, который работает при нулевом напряжении смещения. В коллекторной цепи включен параллельный колебательный контур, коэффициент включения которого можно изменять с помощью переключателя SA₁. Параллельно контуру подключено сопротивление нагрузки R_H. При изменении коэффициента включения изменяется сопротивление нагрузки, приведенное к коллектору транзистора R_K. Клеммы U_K и I_К предназначены для снятия осциллограмм напряжения и тока коллектора соответственно. Через переключатель SA₂ к коллекторной цепи подключены фильтры гармоник. Изменяя положение переключателя, можно измерить действующее значение первой, второй или третьей гармоник тока коллектора. На лицевую панель макета установлены приборы, позволяющие измерить постоянную составляющую тока коллектора I_к0, действующее значение ВЧ колебаний на коллекторе U_K, действующее напряжение ВЧ колебаний на нагрузке U_н, величину первой, второй и третьей гармоник тока коллектора I_Ki. Питание макета осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В.

Рис.2.1

3. Задание

   1. Выполняется при подготовке.

      1. Изучить рекомендованную литературу. Продумать порядок выполнения работы.

      2. Начертить принципиальную схему макета, приведенную на рис.2.1.

      3. Ответить на контрольные вопросы.

2. Выполняется в лаборатории.

   1. Ознакомиться с лабораторной установкой и подключить осциллограф к клеммам U_K и I_К.

   2. Снятие нагрузочных характеристик. Для этого, изменяя положение переключателя SA₁, заполнить табл.2.1., в которой аргументом является номер позиции переключателя SA₁, а функцией напряжение U_K и U_н, ток I_к0, р = U_K/U_H - коэффициент включения колебательного контура в коллекторную цепь.

   3. Исследование формы напряжения и тока коллектора.Для этого снять осциллограммы тока и напряжения в крайних положениях переключателя SA₁, соответствующие недонапряженному и перенапряженному режимам, и в положении соответствующем граничному режиму, при котором в импульсах тока появляется провал. В граничном режиме по осциллограмме определить угол отсечки тока коллектора и измерить величину первой, второй и третьей гармоник тока коллектора в положениях 1,2,3 переключателя SA₂.

   4. Снятие динамической характеристики. Для этого на вход X осциллографа подать напряжение с клеммы U_K, а на вход Y - ток с клеммы I_К. При этом осциллограф должен быть переведен в режим развертки от входа X. Зарисовать динамическую характеристику в крайних положениях переключателя SA₁ и в положении, соответствующем граничному режиму.

2. Выполняется при подготовке отчета.

1. Рассчитать сопротивление нагрузки, приведенное к коллектору транзистора, в граничном режиме: R_к.гр. = U_к.гр./I_к.гр., где U_K.ГР и I_К.ГР - напряжение и ток первой гармоники в граничном режиме (определяются из табл.2.1.). Рассчитать сопротивление нагрузки: R_н = R_к.гр*(U_H.ГР/U_K.ГР)² , Где U_Н.ГР - величина напряжения на нагрузке (из табл.2.1.) Рассчитать нагруженную добротность параллельно колебательно контура: Q = 2*π*f*R_H*C, где f = 1,4 кГц — рабочая частота, С = 1 мкФ - величина емкости конденсатора. Установить соответствие между положением переключателя и величиной сопротивления нагрузки, приведенного к коллектору транзистора. Для этого заполнить табл.2.2., где аргументом является положение переключателя SA₁, а функцией - сопротивление: R_К = R_н*(U_к/U_н)².

2. В соответствии с табл.2.1. и табл.2.2. построить нагрузочные характеристики (зависимость различных параметров генератора с внешним возбуждением от сопротивления R_Н) следующего вида:

   1. I_ко = φ₁(R_K);

   2. U_K0 = φ₂(R_K);

   3. Р₀ = Е_к*I_ко, где Е_к=7.5В;

   4. Р₁=φ₄(R_к); где Р₁ - мощность, отдаваемая в нагрузку,

   5. Р_к = Р₀-Р₁;

   6. η = P₁/P₀.

      3. По таблице 2.3 (таблица А.И.Берга) определить коэффициент постоянной составляющей тока коллектора по известному углу отсечки из осциллограмм в граничном режиме

Таблица 2.3

θгр	58	60	62	64	68	70	72	74
α0	0,21	0,21	0,23	0,23	0,25	0,25	0,26	0,27

Рассчитать амплитуду импульса тока коллектора по формуле:

I_к.гр. = I_к.о/α₀.

Рассчитать коэффициенты первой, второй и третьей гармоник по формуле:

α_i = 1.41*I_Кi.ГР/I_К.ГР,

где i= 1,2,3.

3. В соответствии с рис.2.2 и полученными результатами построить вольтамперную (линия а) и динамическую (линия б) характеристики в граничном режиме.

Рис.2.2

Контрольные вопросы

1. 1.Сформулировать понятие нагрузочной характеристики и привести ее примеры.

2. 2.Каким образом влияет режим работы транзисторного ГВВ на форму тока коллектора?

3. Проанализировать положение динамической характеристики в различных режимах работы ГВВ.

4. 4.0бъяснить вид нагрузочных характеристик в различных режимах работы ГВВ.

5. 4.0бъяснить вид нагрузочных характеристик для тока коллектора.

6. 5.Объяснить вид нагрузочных характеристик для напряжения на коллекторе.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Методические указания по лабораторному практикуму-М.: МИРЭА, 1994, с.8 - 13.

2. Радиопередающие устройства/под ред. Благовещенского М.В. и Уткина Г.М.-М.: Сов. радио, 1982.