3. Лабораторные задания

Задание 1. Исследование усилителя сигнала на биполярном транзисторе для схемы с ОЭ.

На лабораторном стенде в соответствии со схемой (рис. 3) собрать электрическую цепь усилителя на биполярном транзисторе для схемы с ОЭ. Для питания усилителя использовать батарею с заданным вариантом значением Е_к (напряжение Е_к определяется количеством включаемых элементов батарей).

Резисторы R₁, R₂ и R_э выбрать в соответствии с подготовительным заданием, а резисторы R_к и R_н – с сопротивлениями, заданными вариантом задания, конденсаторы С₁, С₂ типа К73-17 емкостью 0,68 мкФ, а конденсатор С_э выбрать типа К50-35-16В емкостью, в соответствии с вариантом задания.

1.1. До подключения ко входу усилителя генератора сигнала с помощью цифрового вольтметра провести измерение падений напряжений: u_Rк, u_Rэ, u_R2, u_кэ.рт и u_бэ.рт.

По измеренным значениям определить значения токов: i_к.рт, i_э.рт, i_б.рт и i_д, используя выражения:

i_к.рт = u_Rк/R_к; i_э.рт = u_Rэ/R_э; i_б.рт = i_э.рт - i_к.рт; i_д = u_R2/R₂.

Полученные значения сравнить с соответствующими рассчитанными в подготовительном задании п. 2 значениями. Значения u_кэ.рт, i_к.рт, u_кэ.рт и i_б.рт занести в табл. 2.

1.2. Подать на вход усилителя с генератора сигнала синусоидальное напряжение u_вх с частотой f = 1000 Гц и действующим значением U_вх = 0,1 В. С помощью осциллографа убедиться, что выходное напряжение усилителя является синусоидальным и увеличенным по амплитуде. Если выходное напряжение искажено, то провести уменьшение напряжения U_вх до значения, при котором выходное напряжение усилителя станет синусоидальным.

1.3. Изменяя напряжение U_вх от нуля до значения, при котором на выходе усилителя будут наблюдаться искажения синусоидального напряжения провести съем амплитудной характеристики. Для этого с помощью цифрового вольтметра провести измерение 5  7 значений напряжения U_вых при соответствующих значениях U_вх. По полученным значениям построить амплитудную характеристику усилителя.

1.4. Провести съем амплитудно-частотной характеристики усилителя. Для этого на вход усилителя подать синусоидальное напряжение u_вх, с действующим значением, соответствующим середине линейного участка амплитудной характеристики и, изменяя частоту сигнала генератора в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц с помощью цифрового вольтметра провести измерение выходного напряжения U_вых усилителя для 7  10 значений частоты сигнала генератора.

По полученным значениям построить график АЧХ, по которому определить значения f_н, f_в, f₀ и f, которые обозначить на графике и указать в отчете.

1.5. Вместо сопротивления нагрузки R_н подключить динамик ВА₁, внутреннее сопротивление которого R_вн = 8 Ом, и аналогично п. 1.3 определить максимальное достижимое действующее значение выходного напряжения, соответствующее неискаженной форме синусоидального сигнала. По полученному значению определить максимальную выходную мощность Р_max усилителя.

1.6. Установить на входе усилителя синусоидальное напряжение с частотой f₀ и действующим значением U_вх, соответствующим середине линейного участка амплитудной характеристики, и провести измерение выходного напряжения усилителя при подключенном U_вых и при отключенном U_вых.ос блокировочном конденсаторе С_э, а затем действующих значений входных токов усилителя I_вх и I_вх.ос (входные токи измерить с помощью цифрового вольтметра по падению напряжения на резисторе с сопротивлением 1 кОм, подключаемым при измерениях последовательно со входом усилителя).

По полученным значениям U_вых, U_вых.ос и U_вх определить коэффициенты усиления усилителя по напряжению K_u и К_u.ос, и с учетом значений I_вх, I_вых = U_вых/R_н определить коэффициент усиления по току К_i. По значениям К_u и К_i рассчитать значение К_Р.

Полученные значения результатов K_u, К_u.ос, К_i, К_Р и Р_max занести в табл. 3 и сравнить с расчетными значениями. По результатам сравнения сделать выводы, которые отразить в отчете.

Задание 2. Исследование усилителя напряжения на полевом транзисторе для схемы с ОИ.

На лабораторном стенде в соответствии со схемой (рис. 4) собрать электрическую цепь усилителя напряжения на полевом транзисторе. Для питания усилителя использовать батарею с заданным напряжением Е_с.

В качестве резисторов R_и выбрать резистор с рассчитанным в подготовительном задании сопротивлением, а резисторов R_с и R_н – заданные в соответствии с вариантом работы сопротивлениями. В качестве разделительных конденсаторов С₁, С₂ использовать конденсаторы типа К73-17 емкостью 0,68 мкФ.

2.1. До подключения ко входу усилителя генератора сигнала с помощью цифрового вольтметра провести измерение падений напряжений: u_Rс, u_Rи и u_си. По измеренным значениям определить значение тока i_с = u_Rс/R_c. Полученные значения сравнить с соответствующими рассчитанными в подготовительном задании значениями и объяснить возможные их несоответствия.

2.2. Установить на входе усилителя синусоидальное напряжение u_вх с частотой f = 1000 Гц и действующим значением напряжения U_вх = 0,5 В и с помощью осциллографа по осциллограмме u_вых, которая должна быть без искажений, убедиться в работе усилителя. В случае искажения синусоиды уменьшить значение U_вх.

Провести измерение выходного напряжения усилителя при подключенном U_вых и при отключенном U_вых.ос блокировочном конденсаторе С_и. По полученным значениям U_вых, U_вых.ос и U_вх определить коэффициенты усиления усилителя K_u, К_u.ос.

Полученные значения K_u, К_u.ос занести в табл. 3 и сравнить с расчетными значениями. По результатам сравнения сделать выводы, которые отразить в отчете.

Задание 3. Исследование однотактного трансформаторного усилителя мощности.

На лабораторном стенде в соответствии со схемой (рис. 6) собрать электрическую цепь однотактного усилителя мощности. В качестве трансформатора Т₁ использовать для четных вариантов заданий трансформатор типа ТОТ-61, для нечетных вариантов – ТОТ-118. Резисторы R₁, R₂ и R_э и конденсаторы С₁, С₂, С_э выбрать в соответствии с лабораторным заданием 1. Для питания усилителя использовать батарею с заданным Е_к.

3.1. До подключения ко входу усилителя генератора сигнала с помощью цифрового вольтметра провести измерение падений напряжений: u_Rэ, u_R1, u_R2, u_кэ.рт и u_бэ.рт.

По измеренным значениям определить значения токов: i_к.рт, i_э.рт, i_б.рт и i_д, используя выражения:

i_э.рт = u_Rэ/R_э; i_д = u_R2/R₂; i_б.рт = u_R1/ R₁ - i_д; i_к.рт = i_э.рт - i_б.рт.

3.2. Установить на входе усилителя синусоидальное напряжение с действующим значением U_вх в соответствии с п. 1.6 и с помощью осциллографа убедиться в работе усилителя (по осциллограмме выходного напряжения которая должна быть без искажений).

Провести измерение выходного напряжения усилителя при подключенном U_вых и при отключенном U_вых.ос блокировочном конденсаторе С_э, а затем действующих значений входных токов усилителя I_вх и I_вх.ос (токи измерить в соответствии с заданием 1).

По полученным значениям U_вых, U_вых.ос и U_вх определить коэффициенты усиления усилителя по напряжению K_u и К_u.ос, и с учетом значений I_вх, I_вых = U_вых/R_н – коэффициент усиления по току К_i. По значениям К_u и К_i рассчитать значение К_Р.

Для проверки соответствия выбранного в подготовительном задании значения коэффициента трансформации (n = 10) провести измерение напряжения U’_вых на первичной обмотке трансформатора при подключенном С_э, и определить фактическое значение коэффициента трансформации: n_факт = U’_вых/ U_вых.

3.3. Вместо сопротивления нагрузки R_н подключить динамик ВА₁ и аналогично п. 1.5 определить максимальное достижимое действующее значение U_вых выходного напряжения, по значению которого определить максимальную выходную мощность Р_max.

Полученные значения результатов K_u, К_u.ос, К_i, К_Р и Р_max занести в табл. 3 и сравнить с расчетными значениями. По результатам сравнения сделать выводы, которые отразить в отчете.

Задание 4. Исследование масштабного усилителя напряжения. На лабораторном стенде в соответствии со схемой (рис. 6) и п. 5 подготовительного задания собрать электрическую цепь масштабного усилителя напряжения. В качестве микросхемы DA₁ использовать в соответствии с заданием преподавателя микросхему типа К140УД6 или 154УД1. Для питания усилителя выбрать две батареи Е₁, Е₂ с ЭДС каждой батареи Е₁ = Е₂ = 4,2 В (по 3 элемента батареи). Сопротивление R₂ выбрать в соответствии с вариантом задания, R₁ – в соответствии с выбранным значением в п. 5 подготовительного задания.

Установить на входе усилителя синусоидальное напряжение с действующим значением U_вх в соответствии с п. 1.5 и с помощью осциллографа убедиться в работе усилителя (по осциллограмме выходного напряжения u_вых, которая должна быть без искажений).

Провести измерение выходного напряжения усилителя U_вых и по полученному значению U_вых и значению U_вх определить коэффициент усиления усилителя по напряжению K_u.

Отключить резистор R₂ обратной связи и с помощью осциллографа снять осциллограмму выходного напряжения. Объяснить вид осциллограммы, полученной при отсутствии ООС.

Полученное значение K_u занести в табл. 3 и сравнить с расчетным значением. По результатам сравнения сделать выводы, которые отразить в отчете.

Задание 5. Исследование двухтактного безтрансформаторного усилителя мощности.

На лабораторном стенде в соответствии со схемой (рис. 7) собрать электрическую цепь двухтактного усилителя мощности. В качестве микросхемы DA₁ использовать в соответствии с заданием преподавателя микросхему типа К140УД6 или 154УД1. Для питания усилителя выбрать две батареи Е₁ = Е₂ = 4,2 В (по 3 элемента батареи). Сопротивление резистора R₂ выбрать в соответствии с вариантом задания, R₁ = 10 кОм.

Установить на входе усилителя синусоидальное напряжение u_вх в соответствии с п. 1.6 и с помощью осциллографа убедиться в работе усилителя (по осциллограмме выходного напряжения u_вых, которая должна быть без искажений).

Провести измерение выходного напряжения усилителя U_вых. По полученному значению U_вых и соответствующему значению U_вх определить коэффициент усиления усилителя по напряжению K_u.

Вместо сопротивления нагрузки R_н подключить динамик ВА₁ и аналогично п. 1.5 определить максимальное достижимое действующее значение напряжения U_вых., соответствующее неискаженной форме синусоидального сигнала. По полученному значению определить максимальную выходную мощность Р_max усилителя.

Полученные значения K_u и Р_max занести в табл. 3 и сравнить с расчетным значением. По результатам сравнения сделать выводы, которые отразить в отчете.

Все результаты вычислений и их обоснование привести в отчете по лабораторной работе.

По результатам проведенных исследований и сопоставления результатов сделать выводы:

 о соответствии расчетных и измеренных значений результатов по каждому лабораторному заданию;

 о влиянии отрицательной обратной связи ООС на К_u по лабораторным заданиям 1, 3 и 4;

 о максимальной выходной мощности однотактного и двухтактного усилителей.

Контрольные вопросы

1. Что называется усилителем? Расскажите про классификацию усилителей.

2. Какие основные параметры и характеристики усилителей вы знаете?

3. Поясните идеальную и реальную амплитудные характеристики усилителя. Что называют коэффициентом нелинейных искажений?

4. Поясните амплитудно-частотную характеристику усилителя. Что называют коэффициентом частотных искажений?

5. Нарисуйте и поясните фазо-частотную и импульсную характеристики усилителя.

6. Расскажите про обратную связь в усилителях. Нарисуйте схемы четырех видов отрицательной обратной связи.

7. Что называется глубиной обратной связи и петлевым усилением?

8. Расскажите про влияние отрицательной обратной связи на коэффициент усиления и частотные характеристики.

9. Какие схемы усилителей на биполярных транзисторах с общим эмиттером вы знаете. Расскажите про схему с фиксированным током базы и ее недостатках.

10. Нарисуйте схему усилителя с коллекторной стабилизацией и поясните ее работу.

11. Нарисуйте схему усилителя с эмиттерной стабилизацией и поясните ее работу.

12. Нарисуйте схему усилителя на полевом транзисторе с общим истоком и поясните его работу.

13. Расскажите про особенности усилителей постоянного тока. Нарисуйте и поясните схему дифференциального УПТ.

14. Нарисуйте схемы и расскажите про линейные электронные устройства на операционных усилителях: инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель напряжения.

15. Расскажите про линейные электронные устройства на операционных усилителях: сумматор напряжений и вычитающий усилитель.

16. Расскажите, что вы знаете про нелинейные устройства на операционных усилителях.

17. Расскажите про усилители мощности и классы их работы. Чем отличаются однотактные усилители от двухтактных.

18. Нарисуйте схему и поясните работу однотактного трансформаторного усилителя мощности, его преимущества и недостатки.

19. Нарисуйте схему и поясните работу двухтактного трансформаторного усилителя мощности, его преимущества и недостатки.

20. Нарисуйте схему и поясните работу безтрансформаторного усилителя мощности. Поясните его преимущества.

21. Расскажите про расчет усилителей сигналов на биполярном и полевом транзисторах.

22. Поясните полученные в работе результаты, построенные графики и сделанные выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Тема: “Изучение и исследование генераторов сигналов”

Цель работы: знакомство с генераторами сигналов на биполярных транзисторах и интегральных схемах, их методикой расчета, вариантами принципиальных схем, практическое исследование генератора синусоидального напряжения с мостом Вина, кварцевого генератора, мультивибратора и генератора линейно изменяющегося напряжения.