отчет практика

Расчет и исследование параметрического стабилизатора.

Строится простейшая схема параметрического стабилизатора (рис. 1), подбирается стабилитрон. Основные технические параметры стабилитрона записываются: напряжение стабилизации, диапазон токов, ток на выходе.

Рис. 1

Записав уравнение Кирхгофа , из него можно вывести формулу сопротивления. Рассчитывается баласное сопротивление: . Полученное значение используется в схеме. Рассчитывается коэффициент стабилизации:

На практике работа параметрического стабилизатора была проверена в среде Electronic Workbench. По умолчанию были выбраны ток 20 мА, входное напряжение 20 В, стабилитрон 1N4733 с напряжением стабилизации 5,1 В. Сопротивление в такой цепи будет равняться Были проверены экспериментальные значения выходного напряжения при входном 10 В и 30 В, рассчитаны коэффициенты стабилизации.

Таблица 1. Результаты эксперимента

	R, Ом
20	745	20	5,205	15,3
10	745	20	5,091	22,37
30	745	20	5,304	25,75

В последствии было предложено провести эксперимент на макетной плате с невиртуальными компонентами. Для изучения был выбран стабилитрон Д818Д. Согласно справочным данным, его номинальное напряжение стабилизации: 8,6 В при Iст 10 мА. Выбрали с помощью выпрямителя напряжения входное значение 12 В, резистор 330 Ом, с помощью мультиметра замерили выходное значение 8,8 В.

Выводы: в обоих экспериментах выходное напряжение практически совпадает с номинальным напряжением стабилизации соответствующих стабилитронов. Дополнительно в виртуальном опыте добавлялся ещё один резистор с меньшим сопротивлением. При этом стабилитрон при большем токе переставал работать корректно. Это может говорить о том, что у стабилитрона существует лимит потребления. Если нужно потреблять больший ток, придётся дополнительно использовать транзисторы.

Расчет и моделирование усилителя на биполярном транзисторе.

С обрали схему транзисторного усилителя (рис. 2):

Рис. 2

Данный усилитель предназначен для усиления переменного сигнала.

Расчет транзисторного усилителя

Исходными данными для расчета усилительного каскада являются напряжение питания Е_п=9 В, сопротивление в цепи коллектора R_k=1 кОм, сопротивление нагрузки R_н=11 кОм, и коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ (общим эмиттером) β =100, С1 = С2 = 10мкФ.

I. Расчет режима по постоянному току

Рассчитаем рабочую точку - режим транзистора по постоянному току, когда сигнал с генератора равен нулю, а именно:

1. Выберем рабочую точку U_0k - начальное напряжение коллектора равное половине напряжения питания . В таком режиме можно получить наибольший размах выходного напряжения при меньших нелинейных искажениях.

2. Рассчитываем постоянный ток коллектора I_0k – ток рабочей точки для напряжения . Здесь используем уравнение Кирхгофа для контура: «земля» → +Е_п → R_k → коллектор → «земля» , отсюда получаем начальный ток коллектора =0,0045.

3. Находим начальный ток базы =0,000045, где и начальный ток эмиттера J_0Э = J_0k + J_0Б.

4. Ток базы I_0Б задается сопротивлением R_Б. Для расчета R_Б составляем уравнение Кирхгофа для контура: «земля» – +Е_п – R_Б – U_БЭ – «земля». . Здесь U_БЭ – напряжение между базой и эмиттером. Отсюда получаем сопротивление базы =184,4 кОм. Рабочее напряжение U_БЭ для эмиттерного p-n перехода находится в диапазоне (0,6 – 0,8)В. Выбираем U_БЭ = 0,7 В.

II. Расчет усилителя по переменному току

Д ля расчета усилителя по переменному току используется эквивалентная схема усилителя для малого переменного сигнала (рис. 3).

Рис. 3

1. Находим крутизну в рабочей точке =0,17, , где - заряд электрона,

Т – абсолютная температура (300˚К), k – постоянная Больцмана.

2. Рассчитываем теоретическое значение коэффициента усиления:

где - рассчитывается, как параллельное соединение сопротивлений и .

= 155,84

5 . Рассчитаем входное сопротивление усилительной схемы. Входным сопротивлением схемы является параллельное соединение сопротивлений R_б и сопротивления перехода база-эмиттер r_БЭ. Сопротивление r_БЭ вычисляется по формуле

6. Для проверки правильности расчета режима усилителя подключим к

коллектору вольтметр и измерить величину постоянного напряжения U_0k при нулевом сигнале на входе (вольтметр включим в режим измерения постоянного тока – переключитmь на DC).

7. Подадим на вход усилителя гармонический сигнал с генератора амплитудой U_mВх = 1мВ и частотой 1 кГц и измерим U_mВых.(рис. 4)

Рис. 4

8. Получим практический коэффициент усиления по формуле

= .

9. Измерим прямым методом входное сопротивление по переменному току.

10. Сравним результаты теоретического и практического значений коэффициентов усиления и входных сопротивлений.

= 155,84 К_ПР=

11. Подадим на вход усилителя гармонический сигнал амплитудой 50 мВ, зарисуем форму сигнала полученного на осциллографе (рис. 5).

Рис. 5

12. Так как C1 и входное сопротивление транзисторного усилителя образуют фильтр верхних частот, рассчитаем величину С1 для обеспечения граничной частоты f_{н гр} = 30 Гц.

13. Экспериментально определим граничную частоту и сравним с расчетной.

Рис. 6

При 1 кГц: u_вых = 111 мВ

При 30 Гц: u_вых’ = 79 мВ (рис. 6)

U_БЭ = 0,7 В

Выводы: в ходе опыта результаты теоретического и практического значений коэффициентов усиления и входных сопротивлений совпали. Также отношение напряжений на разных частотах оказалось на уровне 0,7, как и напряжение для эмиттерного p-n перехода.

Проверка изменения сигналов на аналоговом и цифровом осциллографах с помощью генератора низкочастотных сигналов. Делитель напряжения.

Изучили управление цифровым осциллографом. С помощью генератора низкочастотных сигналов проследили зависимость амплитуды сигнала от уровней дБ.

В основе расчета единицы дБ лежит логарифмическое соотношение уровней передачи, которые могут определяться по мощности, напряжению или току.

В эксперименте была прослежена зависимость:

20 дБ	3,12 В
40 дБ	312 мВ
60 дБ	31,2 мВ

Также осциллограф использовали в изучении работы схемы делителя напряжения (рис. 7).

Рис. 7

Была собрана схема на макетной плате, с помощью источника питания задали входное напряжение 10 В. Мультиметр показал напряжение на выходе 0,86 В.

Подключили осциллограф, напряжение на всей цепи – 32 В, на втором резисторе – 2,64 В. Соотношение выходного напряжения к входному так же составляет примерно 0,86.

Список литературы:

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3 т., Т. 1[Текст]- М.:Мир, 1993.- С. 50-51, С. 55-56, С. 68-87

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3 т., Т. 2[Текст]- М.:Мир, 1993.- С. 66-72

3. «Основные технические параметры стабилитрона Д818(А-И)» – https://www.belchip.by – [Электронный ресурс]. – (дата обращения 13.07.2024).

4. «Биполярный транзистор» – https://habr.com – [Электронный ресурс]. – (дата обращения 13.07.2024).

5. «Параметрические стабилизаторы» – https://digteh.ru – [Электронный ресурс]. – (дата обращения 13.07.2024).

6. «Коэффициент стабилизации» – https://studfile.net – [Электронный ресурс]. – (дата обращения 13.07.2024).

7. «Функции Бесселя» – https://studfile.net – [Электронный ресурс]. – (дата обращения 13.07.2024).

8. «Уровни передачи» – https://studfile.net – [Электронный ресурс]. – (дата обращения 13.07.2024).