Лаба №7 / Лабораторная работа№7

Лабораторная работа №7

«ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХТАКТНОГО ВЫХОДНОГО КАСКАДА»

Цель работы: изучить свойства двухтактных выходных каскадов, исследовать работу схем усилителей мощности в режимах классов А и С.

1. Основные сведения

Схемы каскадов усиления мощности (УМ) в принципе не отличаются от схем обычных усилительных каскадов, например, с общим эмиттером или с общим коллектором. Однако в них применяются меры по обеспечению усиления одновременно как напряжения, так и тока, протекающего через нагрузку. Важной задачей является также повышение коэффициента полезного действия за счет снижения потерь как в согласующих элементах, так и в транзисторах. Один из возможных вариантов построения каскада УМ-схема каскада УМ с согласующим трансформатором (трансформаторный каскад). Через первичную обмотку трансформатора (см. рис.1), включаемого в цепь коллектора или эмиттера транзистора, создается цепь питания по постоянному току, с одной стороны, и передача переменной составляющей (т.е. полезного сигнала) в нагрузку, с другой. Потери мощности в согласующем трансформаторе могут быть сравнительно невелики.

Для снижения потерь в транзисторе выбирается соответствующий режим работы.

Недостатками трансформаторного каскада являются: непригодность для усиления постоянного тока и сравнительная дороговизна трансформатора.

Второй вариант УМ- схема бестрансформаторного каскада. Она может быть выполнена в разных разновидностях (см. рис.2). Как видно из рис.2 во всех трех случаях для получения двуполярного выходного сигнала применяются два источника питания Е_П1 и Е_П2 с общей точкой. Транзисторы могут быть включены как по схеме с ОЭ, так и по схеме с ОК (рис 2а и 2б). Это варианты так называемых однотактных усилителей, в которых максимум выходного сигнала U_вых при любой полярности обеспечивается одним трансформатором. Недостатки схем рис 2а и 2б:

• через транзистор протекает ток в режиме покоя, т.е. при напряжении на выходе, равном нулю

• ток транзистора обязательно разветвляется на нагрузку Rн и на резистор Rк или Rэ.

Оба отмеченных недостатка в конечном счете значительно снижают КПД каскада.

Схема рис 2в в отличие от двух предыдущих (рис 2а и 2б) – двухтактная. Здесь максимум выходного напряжения U_вых положительной полярности обеспечивается за счет открытого транзистора VT1 (транзистор VT2 в это время закрыт), а максимум отрицательной полярности – за счет открытогоVT2 и закрытого VT1.

Двухтактная схема может обеспечить отсутствие токов через транзисторы при U_вых=0, т.е. в режиме покоя, и, кроме того, протекание тока одного из транзисторов только в нагрузку с запиранием на это время другого транзистора. КПД таких схем значительно выше, чем однотактных. В двухтактных каскадах особенно удобно применять транзисторы разной проводимости n-p-n и p-n-p, т.к. это позволяет обойтись одним источником входного сигнала.

2. РЕЖИМ РАБОТЫ УМ

В зависимости от того, как используются статические характеристики транзисторов в УМ , различают три возможных режима работы (класса), иллюстрируемых на рис 3а,б,в.

Режим, соответствующий рис 3а, это режим класса А. Он характерен, в основном, для однотактных УМ (однако не исключено применение режима класса А и в двухтактных УМ). В этом режиме при U_вх=0 и при U_вых=0 ток транзистора не равен нулю!

Режим, соответствующий рис 3б, это режим класса В. Для него точка U_вх=0 – точка перехода одного транзистора в состояние отсечки (например, транзистора VT2). В этой точке ток каждого транзистора равен нулю!

Режим, соответствующий рис 3в, это режим класса С. Для него характерно такое взаимное расположение статических характеристик транзисторов, при котором на участке от U₀₁ до U₀₂ ток через транзисторы не протекает, т.е. имеется зона нечувствительности. Эта зона либо вводится преднамеренно, либо возникает непреднамеренно за счет ВАХ самих транзисторов («пятки» на входной ВАХ). Зависимости выходных напряжений от входных определяются на основе зависимостей рис 3а,б,в.

В первых двух случаях (классы А и В) U_вых линейно зависит от U_вх. В классе С в зависимости U_вых от U_вх появляется нелинейность – зона нечувствительности. Устранить ее в случае надобности можно за счет отрицательной обратной связи (ООС).

Режимы каскадов В и С характерны для двухтактных каскадов.

3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.

1. Собрать схему двухкаскадного усилителя мощности (УМ) с двухтактным выходным каскадом, согласно рис5.

2. Снять статические характеристики Uн=Uвых, Uн=f₆(Uвх), Uбдк=f₅(Uвх).

3. Подключить провод с выхода генератора к входному гнезду стенда и отключить провод на плате усилителя от среднего контакта потенциометра Rп (с движка потенциометра), подать на усилитель сигнал на частоте 1000 Гц такой амплитуды, чтобы не было искажения выходного сигнала на экране осциллографа. Растянуть осциллограмму так, чтобы на экране картинка занимала не больше одного периода. Снять осциллограмму, обратив особое внимание на форму кривой вблизи нулевой линии.