1.2. Описание лабораторного стенда рпу–1

Стенд РПУ-1 содержит стойку с источниками питания и измерительными приборами, а также сменный блок с автогенератором (частота около 1МГц), буферным каскадом и выходным усилителем мощности. Упрощенная схема выносного блока приведена на рис.1.8. Выходная ЦС усилителя выполнена

Рис. 1.8. Схема выносного блока

в виде П-контура с двумя емкостными связями (элементы L2, C8 и C9). Для изменения сопротивления нагрузки коллекторной цепи транзистора использован конденсатор переменной емкости C10. При увеличении емкости C10 постоянное сопротивление нагрузки R_н сильнее шунтирует выходную ЦС и ее резистивное сопротивление уменьшается. Для подстройки контура в резонанс использован конденсатор C9.

Для наблюдения осциллограмм напряжений в различных точках схемы сменный блок имеет контрольные гнезда, к которым подключается усилитель вертикального отклонения осциллографа. К этим гнездам переключателем П4, на передней панели стенда, поочередно могут быть присоединены различные точки схемы. Выход трансформатора тока (ТТ) позволяет наблюдать импульсы коллекторного тока транзистора КТ903А . Питание стойки

включается тумблером сети (слева). При этом возле тумблера загорается зеленая лампочка. Далее нужно нажать кнопку Анод (справа).

Если ток, потребляемый сменным блоком, превышает допустимый (1А) – срабатывает блокировка. Питание отключается, справа загорается красная лампочка с надписью ПЕРЕГРУЗКА. После этого необходимо выключить тумблер сети, устранить источник перегрузки, снова включить тумблер и нажать кнопку Анод. Более подробное описание стенда дано в подразд. 2.2.

Работа №1. Нагрузочные характеристики транзисторного усилителя мощности

Ц ель работы

1. Изучить схему и конструкцию УМ.

2. Освоить настройку выходной цепи усилителя в резонанс и на заданную мощность в нагрузке.

3. Исследовать нагрузочные характеристики УМ.

Домашнее задание

1. Изучить руководство к лабораторной работе.

2. Записать цель работы.

3. Начертить схему выходного каскада исследуемого УМ.

4. Сделать заготовку таблиц.

5. Ознакомиться с порядком выполнения лабораторного задания и качественно изобразить ход предполагаемых зависимостей.

6. Ответить на основные контрольные вопросы.

Лабораторное задание

1. Ознакомиться с конструкцией и схемой (рис.1.8) лабораторной установки, с расположением органов регулировки, гнезд для подключения осциллографа, со шкалами измерительных приборов на передней панели стойки.

Подготовить двухканальный осциллограф к одновременному наблюдению напряжения на коллекторе u_к(t) и тока коллектора i_к(t). Для этого вход первого канала осциллографа должен быть соединен с гнездом U_к на правой боковой стенке блока установки, вход второго канала – с выходом переключателя S4. Синхронизация осциллографа обеспечивается соединением гнезда Синхр. на боковой стенке блока с гнездом осциллографа Вход блока Синхронизация. При этом тумблер переключения синхронизации на боковой стенке блока должен находиться в положении ВЧ. Включить питание осциллографа.

2. Подготовить установку к работе. Для этого следует с помощью тумблеров на передней панели включить питание цепей коллектора и базы. Напряжение на коллекторе фиксированное, Е_к = 26 В, смещение на базе Е_б  Е_б подбирается так, чтобы при отсутствии возбуждения (U_б = 0) ток коллектора был равен 20-30 мА (максимальное отклонение стрелки прибора соответствует току 1 А). При токе коллектора 20-30 мА рабочая точка транзистора КТ903А находится на границе области отсечки и активной области (см. рис.1.2,а), а угол отсечки близок к 90.

3. Настроить генератор на граничный режим при мощности в нагрузке, указанной преподавателем: (8; 9 или 10 Вт).

Для этого нужно постепенно повышать напряжение возбуждения ручкой U_б и, поддерживая Е_б постоянным, при каждом значении U_б подбирать конденсаторами С9, С10 настройку выходной цепи так, чтобы получить максимальное показание прибора U_н, измеряющего напряжение на нагрузке. При резонансе форма импульса тока коллектора должна быть симметричной. В граничном режиме I_б0/I_к0=0,05-0,2 , а вершина импульса тока коллектора должна быть плоской или с небольшим провалом.

4. По достижении заданной мощности в нагрузке записать значения U_н, U_к, U_б, Е_б и положения ручек конденсаторов С9, С10.

П р и м е ч а н и е. После самопрогрева транзистора ток его может измениться, поэтому следует, уменьшив U_б до нуля, проверить, чтобы ток составлял 20-30 мА. После этого, если нужно, провести коррекцию.

Расстроить коллекторную цепь, повернув ручки конденсаторов С9, С10 против часовой стрелки до упора.

5. Освоить настройку выходного контура в резонанс по результатам наблюдения токов I_б0, I_к0, i_к и напряжений U_к, U_н. Сделать вывод об использовании измерительных приборов для настройки в резонанс в недонапряженном и перенапряженном режимах.

6. Снять нагрузочные характеристики УМ, т.е. зависимости U_к, U_н, I_к0, I_б0, Р_н, η₀ и ξ от сопротивления R_к при постоянных значениях Е_к, Е_б и U_б. Величина сопротивления R_к изменяется за счет изменения связи выходного контура с нагрузкой. Чем больше емкость связи С10, тем сильнее сопротивление нагрузки шунтирует контур и тем меньше величина сопротивления R_к.

Начинать измерения рекомендуется с перенапряженного режима. Для этого нужно установить минимальную емкость конденсатора С10, повернув его ручку настройки до упора против часовой стрелки. При каждом следующем измерении ее нужно поворачивать по часовой стрелке на 10…30. При каждом изменении емкости С10 необходимо поддерживать U_б эфф = const и подстраивать контур в резонанс конденсатором С9. При резонансе глубина провала в импульсе коллекторного тока максимальна, а сам провал находится в центре импульса (последнее условие характеризует противофазность между током коллектора и коллекторным напряжением, что соответствует активной нагрузке транзистора).

При переходе усилителя в недонапряженный режим провал в импульсе пропадает, и активность нагрузки следует контролировать другим способом. Для этого при U_б эфф = const можно, например, добиваться максимального значения напряжения U_н или противофазности импульсов коллекторного тока i_к(t) и напряжения на коллекторе u_к(t), наблюдая их одновременно на экране двухканального осциллографа.

Результаты эксперимента нужно занести в табл.1.1.

Таблица 1.1

Нагрузочные характеристики усилителя при Е_к = 26 В;

Е_б = 0,7 В; U_б эфф = const = В

Форма тока	Uк эфф, В	Uн эфф, В	Iк0, А	Iб0, мА	Rк, Ом	Рн, Вт	0		Прибор настройки в резонанс
									iк, Iк0, Iб0
									iк, Iк0, Iб0
									iк, Iк0, Iб0
									Uн
									Uн
									Uн

Для расчета величины R_к по результатам эксперимента можно воспользоваться условием баланса мощностей:

где U_н и U_к – эффективные значения напряжений.

Отсюда, зная U_н и U_к , получаем формулу для расчета R_к:

В лабораторной установке R_н = 50 Ом, а КПД согласующей цепи _к  0,85, следовательно, _кR_н = 40 Ом.

По данным табл.1.1 построить графики зависимостей:

а) I_ко, I_бо(R_к) на рис.1 отчета ;

б) Р_н, U_к(R_к) на рис.2 отчета ;

в) , о(R_к) на рис.3 отчета.

Отметить на графиках точки I_ко, I_бо, U_к, Р_н, , о, соответствующие критическому режиму.

Сделать выводы о свойствах перенапряженного, граничного и недонапряженного режима транзисторного УМ.