5laba_1
.docxГУАП
КАФЕДРА № 43
ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
Доц. |
|
|
|
В. И. Исаков |
должность, уч. степень, звание |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ |
ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ С ТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВЫХОДОМ |
по курсу: ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ |
|
|
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
СТУДЕНТ ГР. № |
4116 |
|
|
|
|
|
|
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
Санкт-Петербург 2022
Цель работы
Изучение свойств транзисторных усилителей мощности с трансформаторным выходом, работающих в режимах классов А, АВ и В и их сравнительный анализ
Описание лабораторной установки
Электрическая схема лабораторного макета приведена на рис. 3. Он позволяет исследовать как однотактные (рис. 1.), так и двухтактные (рис. 2.) трансформаторные каскады усиления мощности на транзисторах в режимах классов А, В и АВ
Рис. 1. Схема однотактного выходного каскада
Рис. 2. Схема двухтактного выходного каскада
Рис. 3. Схема лабораторной установка
На входе и выходе схемы установлены понижающие трансформаторы: T1 с коэффициентом трансформации n1 = 0.1 и трансформатор T2 с n2 = 0.25.
Режимы работы транзисторов УМ устанавливаются потенциометром R2, который задает базовые токи транзисторов при отсутствии входного сигнала. Когда ползунок резистора R2 оказывается в нижнем по схеме положении, базовые выводы транзисторов оказываются соединенными с общим проводом через малые сопротивления половин вторичной обмотки трансформатора T1, базовые токи транзисторов будут близки к нулю, и УМ будет работать в классе B. Если же ток покоя задан отличным от нуля, то, в зависимости от его величины, УМ будет работать либо в классе А, либо в классе AB.
Миллиамперметры в цепях коллекторов транзисторов VT1 и VT2 включены для измерения их коллекторных токов IK1 и IK2, по этим миллиамперметрам можно как задавать положение рабочих точек транзисторов при отсутствии сигнала, так и определять токи в их цепях при подаче сигналов на вход УМ.
Переключателем SA1 осуществляют переключение между однотактной (работать будет только транзистор VT1) и двухтактной схемами УМ. Переключатель SA2 позволяет немного изменять схему усилительного каскада посредством включения/выключения токостабилизирующего резистора RЭ в цепи эмиттера транзистора однотактного каскада (в схеме на рис. 4 функции токостабилизирующего резистора в каскаде на VT1 выполняет R3, в каскаде на VT2 R4). Переключателем SA3 производится выбор сопротивления нагрузки усилителя мощности.
В схеме макета УМ использованы резисторы: R1=1.3 кОм, R2=365 Ом, R5=R6=R7=R8=R9=R10=R11=4 Ом, R3=R4=2.65 Ом. Питание УМ осуществляется от стабилизированного источника напряжением EК=15 В. Для проведения исследований используются генератор стандартных сигналов, 2 электронных вольтметра переменного тока и осциллограф.
Таблица результатов измерений и вычислений
Исследование однотактного усилителя мощности в режиме класса А
Таблица П1
Uвх, В |
0,01 |
0,02 |
0,04 |
0,07 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
Uвых, В |
0,13 |
0,31 |
0,4 |
0,36 |
0,37 |
0,39 |
0,38 |
0,39 |
IК, мА |
121 |
121 |
119 |
115 |
112 |
110 |
109 |
109 |
PН = Uвых2 / RH, Вт |
0,0009 |
0,0053 |
0,0056 |
0,0077 |
0,0081 |
0,009 |
0,009 |
0,009 |
РВЫХ=РН/(2) 2 , Вт* |
0,0016 |
0,0093 |
0,01 |
0,0136 |
0,0144 |
0,016 |
0,016 |
0,016 |
Р0 = ЕK * IK, Вт |
1815 |
1815 |
1785 |
1725 |
1680 |
1650 |
1635 |
1635 |
РK=Р0 РВЫХ, Вт |
1814,9984 |
1814,99 |
1784,99 |
1724,99 |
1679,99 |
1649,98 |
1634,98 |
1634,98 |
Снятие зависимости выходного напряжения однотактного усилителя мощности в режиме класса А от сопротивления нагрузки.
Таблица П2
SA3 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
RH, Ом |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
28 |
Uвых, В |
0,8 |
1,4 |
2 |
2,6 |
3,1 |
3,4 |
4 |
Uвх = 0,05
Исследование однотактного усилителя мощности в режиме класса А при включенном стабилизирующем сопротивлении
Таблица П3
Uвх, В |
0,01 |
0,02 |
0,04 |
0,07 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
Uвых, В |
0,3 |
0,38 |
0,6 |
0,11 |
0,16 |
0,17 |
0,33 |
0,34 |
IК, мА |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
123 |
118 |
PН = Uвых2 / RH, Вт |
0,0064 |
0,0081 |
0,0256 |
0,0006 |
0,0014 |
0,002 |
0,006 |
0,0068 |
РВЫХ=РН / (2) 2 , Вт* |
0,011378 |
0,0144 |
0,0455 |
0,0011 |
0,0025 |
0,0036 |
0,0107 |
0,0121 |
Р0 = ЕK * IK, Вт |
1800 |
1800 |
1800 |
1800 |
1800 |
1800 |
1845 |
1770 |
РK=Р0 РВЫХ, Вт |
1799,988622 |
1799,99 |
1799,95 |
1800 |
1800 |
1800 |
1844,99 |
1769,99 |
Исследование двухтактного усилителя мощности в режиме классов А, АВ и В
Таблица П4
Класс |
Uвх, В |
0,01 |
0,02 |
0,04 |
0,07 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
А |
Uвых, В |
0,21 |
0,4 |
0,81 |
1,6 |
2,3 |
3,9 |
4 |
3,4 |
Iк1, мА |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
95 |
75 |
60 |
|
I к2 мА |
120 |
120 |
120 |
120 |
120 |
90 |
80 |
60 |
|
PН = Uвых2 / RH, Вт |
0,00 |
0,01 |
0,04 |
0,12 |
0,23 |
0,90 |
1,00 |
0,81 |
|
РВЫХ=РН/(2) 2 , Вт* |
0,004 |
0,017 |
0,068 |
0,218 |
0,401 |
1,604 |
1,778 |
1,440 |
|
Р0 = ЕK (IK1+ IK2), Вт |
3600 |
3600 |
3600 |
3600 |
3600 |
2775 |
2325 |
1800 |
|
РK=Р0 РВЫХ, Вт |
3599,996 |
3599,983 |
3599,932 |
3599,782 |
3599,599 |
2773,396 |
2323,222 |
1798,560 |
|
AB |
Uвых, В |
0,21 |
0,25 |
0,43 |
0,79 |
2,2 |
2,8 |
3,9 |
3,5 |
Iк1, мА |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
41 |
60 |
60 |
|
I к2 мА |
30 |
27 |
27 |
27 |
27 |
41 |
60 |
60 |
|
PН = Uвых2 / RH, Вт |
0,003 |
0,004 |
0,01 |
0,04 |
0,09 |
0,36 |
0,86 |
0,90 |
|
РВЫХ=РН/(2) 2 , Вт* |
0,004 |
0,006 |
0,026 |
0,075 |
0,160 |
0,640 |
1,521 |
1,604 |
|
Р0 = ЕK (IK1+ IK2), Вт |
900 |
855 |
855 |
855 |
855 |
1230 |
1800 |
1800 |
|
РK=Р0 РВЫХ, Вт |
899,996 |
854,994 |
854,974 |
854,925 |
854,840 |
1229,360 |
1798,479 |
1798,396 |
|
B |
Uвых, В |
0,13 |
0,17 |
0,37 |
0,54 |
0,94 |
1 |
1 |
1,2 |
Iк1, мА |
5 |
5 |
7 |
7 |
16 |
20 |
20 |
20 |
|
I к2 мА |
5 |
5 |
5 |
5 |
13 |
15 |
17 |
18 |
|
PН = Uвых2 / RH, Вт |
0,001 |
0,002 |
0,01 |
0,02 |
0,05 |
0,06 |
0,08 |
0,09 |
|
РВЫХ=РН/(2) 2 , Вт* |
0,002 |
0,004 |
0,013 |
0,035 |
0,092 |
0,111 |
0,134 |
0,160 |
|
Р0 = ЕK (IK1+ IK2), Вт |
150 |
150 |
180 |
180 |
435 |
525 |
555 |
570 |
|
РK=Р0 РВЫХ, Вт |
149,998 |
149,996 |
179,987 |
179,965 |
434,908 |
524,889 |
554,866 |
569,840 |
Снятие зависимости выходного напряжения от сопротивления нагрузки при работе двухтактного усилителя в режиме класса А
Таблица П5
SA3 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
RH, Ом |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
28 |
Uвых, В |
0,29 |
0,55 |
1 |
1,3 |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
Uвх = 0,05 В
Снятие зависимости выходного напряжения от частоты входного сигнала при работе двухтактного усилителя в режимах классов А и В
Таблица П6
Класс |
f, кГц |
0.01 |
0.02 |
0.05 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
50 |
100 |
А |
Uвых, В |
0,39 |
0,64 |
0,86 |
0,96 |
0,98 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,8 |
1,2 |
1,4 |
A(f)=UВЫХ/UХ |
7,8 |
12,8 |
17,2 |
19,2 |
19,6 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
16 |
24 |
28 |
|
AdB(f)=20Lg(A(f)) |
41,08 |
50,99 |
56,90 |
59,10 |
59,51 |
59,91 |
59,91 |
59,91 |
59,91 |
59,91 |
55,45 |
63,56 |
66,64 |
|
B |
Uвых, В |
0,30 |
0,55 |
0,78 |
0,87 |
0,89 |
0,93 |
0,93 |
0,93 |
0,93 |
0,93 |
0,7 |
0,97 |
1 |
A(f)=UВЫХ/UХ |
6 |
11 |
15,6 |
17,4 |
17,8 |
18,6 |
18,6 |
18,6 |
18,6 |
18,6 |
14 |
19,4 |
20 |
|
AdB(f)=20Lg(A(f)) |
35,84 |
47,96 |
54,95 |
57,13 |
57,58 |
58,46 |
58,46 |
58,46 |
58,46 |
58,46 |
52,78 |
59,31 |
59,91 |
Uвх = 0,05 В
Графики
КПД
Тип УМ |
Однотактный каскад УМ |
Двухтактный каскад УМ |
|||
Класс А без Rэ |
Класс А с Rэ |
класс А |
класс АВ |
класс В |
|
ТЕОР |
0,5 |
Меньше 0,5 |
0,5 |
От 0,5 до 0,78 |
0,78 |
|
0,56 |
0,2 |
0,18 |
0,304 |
0,72 |
Вывод
Были изучены свойства транзисторных усилителей мощности с трансформаторным выходом, работающих в режимах классов А, АВ и В и проведены сравнительный анализ их работы, в результате чего, было выяснено, что наибольший коэффициент полезного действия имеет двухтактный усилитель мощности в режиме работы класса В. Полученные практическим путём значения не сошлись с теоретическими значениями из-за проблем с контактами проводов, которые проявлялись при снятии показаний для лабораторной работы.