Содержание отчета

Отчет о работе должен содержать:

1. Схему установки.

2. Экспериментальные и идеализированные рабочие (статические модуляционные) характеристики.

3. Выводы по полученным результатам.

Контрольные вопросы

Основные

1. Изобразить и объяснить графики Р₀, Р₁, Р_к, , g₁, _э(Е_б).

2. Изобразить и объяснить зависимости Р₀, Р₁, Р_к, , _э, g₁(Е_к).

3. Изобразить и объяснить характеристики I_к1(U_б) для трех значений Е_б (Е_б = Е_б ; Е_б  Е_б ; Е_б  Е_б ).

4. Изобразить и объяснить статические модуляционные (рабочие) характеристики I_k1, I_k0, I_б0, U_k(E_k) при коллекторной и комбинированной модуляции.

5. Объяснить процесс настройки усилителя по приборам при коллекторной и комбинированной модуляции.

6. Объяснить методы снятия рабочих (статических модуляционных) характеристик, применяемых в данной работе.

7. Используя статическую ВАХ транзистора построить рабочие (статические модуляционные) характеристики I_к1(E_б) и I_к1(E_н). Указать на построенных характеристиках рабочие области при неискаженной модуляции и рабочие точки в режиме несущей.

Дополнительные

8. Изобразить и объяснить графики I_к0, I_б0, U_к(Е_б) при двух значениях R_к.

9. Изобразить и объяснить характеристики I_к0, U_к(Е_к) при двух значениях R_к.

10. Изобразить и объяснить характеристики I_к1, U_к(Е_к) при двух значениях Е_б.

11. Объяснить полученные экспериментальные результаты.

12. Начертить принципиальную схему транзисторного усилителя мощности (схема ОЭ) с П-образными цепями согласования на входе и выходе, источниками питания и блокировочными элементами.

13. В схеме, составленной согласно предыдущему вопросу, показать включение приборов для измерения постоянных составляющих коллекторного и базового токов, амплитуд напряжений на базе, коллекторе, нагрузке, а также постоянных напряжений питания цепей коллектора и базы.

14. Изобразить входную цепь транзисторного усилителя мощности по схеме с общим эмиттером, работающего с нулевым смещением. Почему транзисторные усилители мощности часто используются в режиме нулевого смещения?

15. Объяснить назначение цепей согласования усилителя мощности. Чем отличаются требования, предъявляемые к межкаскадным цепям согласования и к цепи согласования с фидером (антенной)?

1.3. Описание лабораторного стенда ру-1

Лабораторный стенд предназначен для исследования резонансного усилителя мощности на биполярном транзисторе КТ602.

Лицевая панель лабораторного стенда, включающая его упрощенную схему и необходимые вспомогательные элементы, представлена на рис.1.9. На этой схеме приняты следующие обозначения:

С_к1, С_к2 – блокировочные емкости;

R_к1, R_к2 – сопротивления нагрузки одноконтурного и двухконтурного генераторов;

С_св1 – эквивалентная емкость одноконтурного генератора;

С_св2 – эквивалентная емкость двухконтурного генератора.

Любая из исследуемых схем транзисторного усилителя мощности может быть построена подключением к выводам транзистора соответствующих пассивных элементов с помощью переключателей S1...S5. Лабораторный стенд помимо исследуемого устройства включает в себя генератор сигнала возбуждения и мультиметр, позволяющий измерять токи и напряжения в контрольных точках каждого из исследуемых усилителей. При измерении переменных токов и напряжений выводятся их действующие значения.

Подключение мультиметра к необходимой контрольной точке осуществляется с помощью кнопок, расположенных под жидкокристаллическим дисплеем, отображающим измеряемую величину и ее значение. Средняя кнопка предназначена для выделения информации, относящейся к выполняемому пункту лабораторной работы. Левая и правая кнопки позволяют “перелистывать” страницы дисплея назад и вперед в пределах этого пункта.

Рис.1.9. Лицевая панель стенда РУ – 1

Генератор сигнала возбуждения формирует синусоидальное напряжение. Частота сигнала может дискретно изменяться с шагом 1кГц в диапазоне 180...220кГц помощью соответствующих кнопок, расположенных на лицевой панели лабораторного стенда. Амплитуда сигнала плавно регулируется с помощью соответствующего аттенюатора. Регулировка базового смещения осуществляется потенциометром Е_б.

Управление переключателями S1...S5 осуществляется с помощью кнопок управления, расположенных в нижней части лицевой панели стенда, путем однократного нажатия на кнопку и удержания ее в течение 0,5 сек. Текущее положение любого переключателя индицируется зажиганием соответствующего светодиода.

В лабораторном стенде предусмотрена возможность подключения двухлучевого осциллографа с помощью соответствующих разъемов, выведенных на заднюю панель стенда. При этом кнопками управления каждый канал осциллографа может независимо подключаться к любой контрольной точке.

Работа №3. Исследование одноконтурного усилителя мощности

Ц ель работы

1. Изучение принципов построения и работы УМ.

2. Определение влияния угла отсечки коллекторного тока на параметры УМ.

3. Снятие нагрузочной и настроечной характеристик УМ.

4. Наблюдение осциллограмм динамических характеристик транзистора в усилителе мощности.

Домашнее задание

1. Изучить руководство к лабораторной работе.

2. Записать цель работы.

3. Начертить принципиальную схему одноконтурного генератора.

4. Сделать заготовку таблиц.

5. Ознакомиться с порядком выполнения лабораторного задания, продумать, какие результаты должны получиться и качественно изобразить ход предполагаемых зависимостей.

6. Подготовить ответы на основные контрольные вопросы.

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 cosθ = (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

Eб, В
θ,град
Uб, В
Iк0, мА
Iконт,мА
P0, Вт
P1, Вт
Рк, Вт
η

По результатам измерений рассчитать параметры усилителя:

мощность Р₀ = I_к0E_к, потребляемую от источника коллекторного питания, где E_к =12 В – напряжение источника коллекторного питания;

колебательную мощность Р₁. При высоком контурном КПД (η_к 1), пренебрегая потерями в контуре, можно принять η η_е η_к η_е и Р₁= Р_н ,так что Р₁= Р_н = I_конт²R_к1, где R_к1=20 Ом – сопротивление нагрузки контура; Р_н – мощность в нагрузке;

мощность Р_к=Р₀-Р₁, рассеиваемую на коллекторе транзистора;

КПД усилителя η = Р₁/ Р₀.

Результаты расчетов свести в таблицу.

По данным табл. 1.4 построить (лучше на одном рисунке) графики I_к0, I_конт, Р₀, Р₁, Р_к , η(θ).

3. Снять нагрузочные характеристики усилителя мощности, т.е. зависимости U_к, I_к0, I_конт, P₀, P₁, 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

S1	1	2	3	4	5
Ссв1, нФ	10	6,7	5	3,3	2,5
Uк, В
Iк0, мА
Iконт, мА
Rэк, Ом
P0, Вт
P1, Вт
Pк, Вт
η

Для каждого положения переключателя рассчитать величину сопротивления коллекторной цепи R_эк и параметры P₀, P₁, P_к, η. Результаты расчета занести в табл. 1.5. По данным табл. 1.5 построить графики U_к, I_к0, I_конт, P₀, P₁, P_к , η(R_эк).

4. Снять настроечные характеристики усилителя, т.е. зависимости U_к, I_к0, I_конт, P₀, P₁, 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 P₀, P₁, 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, P₀, P₁, 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
Uк, В
Iк0, мА
Iконт, мА
P0, Вт
P1, Вт
Pк, Вт
η, %

Таблица 1.7

Настроечные характеристики ГВВ в перенапряженном режиме(S1-4)

f, кГц
Uк, В
Iк0, мА
Iконт, мА
P0, Вт
P1, Вт
Pк, 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.