ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. МАЛОМОЩНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ: ШАБЛОН ОТЧЕТА

Составьте отчет по лабораторной работе, включив в него перечисленное

вшаблоне ниже.

1.Транзисторный усилитель с общим эмиттером и балластным

IК = URк / RК = (UП – UК) / RК = (_____ – _____) / _____ = _______ мА

β = IК / IБ = ...

Требуется привести несколько ключевых примеров, подставив в формулы результаты измерений.

2. Транзисторный усилитель с делителем в цепи базы и эмиттерным резистором

2.1. Параметры схемы

RК = ________ кОм;

RЭ = ________ Ом.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ПИТАНИЯ: ОПИСАНИЕ

Цели работы – исследование простейших схем источников вторичного питания: однополупериодного выпрямителя напряжения на диоде со сглаживающим конденсатором, параметрического регулятора напряжения на стабилитроне, регулятора напряжения на мощном биполярном транзисторе.

Выпрямительные схемы предназначены для преобрвзования переменного напряжения в постоянное и наиболее широко используются в источниках вторичного питания, которые преобразуют напряжение промышленной сети 220 В 50 Гц в постоянные напряжения для питания цифровых или аналоговых схем, зарядки аккумуляторных батарей и т.д. Для предварительного снижения напряжения промышленной сети обычно используется трансформатор напряжения.

Напряжение UВХ со вторичной обмотки трансформатора поступает на вход одноили двухполупериодного выпрямителя, нагруженного на какую-то схему, которая обозначена как резистор RН (см. рис. 1). Принцип действия любого выпрямителя интуитивно понятен: диод или диоды пропускают в нагрузку только ток одного знака, благодаря чему на нагрузке напряжение также никогда не меняет знак.

В отсутствии конденсатора C на выходе выпрямителя, выпрямленное напряжение UВЫПР представляет собой условно «положительные» полуволны входного напряжения UВХ для однополупериодного выпрямителя (рис. 1, а), и модуль входного напряжения UВЫПР |UВХ| для двухполупериодного (рис. 1, б), также называемого диодным мостом.

а б Рис. 1. Однополупериодный (а) и двухполупериодный (б, в) выпрямители на диодах

Временны́е диаграммы напряжений в узлах цепей выпрямителей без учета наличия конденсатора C показаны на рис. 2.

UВЫПР

Рис. 2. Временны́е диаграммы напряжений на входе и выходе выпрямителей на диодах: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)

Конденсатор C на выходе выпрямителя, включаемый в источниках питания параллельно нагрузке, и называемый сглаживающим, заряжается до амплитуды выходного напряжения выпрямителя UВЫПР, а затем отдает ток в нагрузку, постепенно разряжаясь, до тех пор, пока вновь не начинается его заряд от источника растущего входного напряжения через прямо смещенные диоды выпрямителя. Чем больше ток нагрузки и чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее происходит разряд и тем больше амплитуда пульсаций UP-Pна сглаживающем конденсаторе.

Рис. 3. Влияние сглаживающего конденсатора на выходное напряжение выпрямителя: однополупериодного (а) и двухполупериодного (б)

Показанными выше схемами одно- и двухполупериодных выпрямителей схемотехника выпрямителей не исчерпывается; так, весьма распространены трехфазные выпрямители, предназначенные для работы в трехфазных питающих сетях. Для того, чтобы не запутаться при составлении схемы выпрямителя, начинающему инженеру следует отталкиваться от элементарного правила: все диоды встречаются катодами на «положительном» выходе диодного моста, анодами – на «отрицательном». Однофазный двухполупериодный выпрямитель также зачастую изображается в виде ромба (см. рис. 4, а).

+

а б

Рис. 4. Вариант оформления схемы двухполупериодного однофазного выпрямителя (а) и УГО диодного моста (б)

Электронная промышленность выпускает большое количество готовых диодных мостов. Их уловное графическое обозначение (УГО) на схеме стилистически повторяет ромбовидную схему диодного моста (см. рис. 4, б).

Окончательно для получения стабильного напряжения на выходе источника питания используется линейный регулятор напряжения. Очевидно, что в большинстве случаев применение в цепях питания двухполупериодного выпрямителя предпочтительнее, т.к. он позволяет получить меньшие амплитуды пульсаций при той же емкости сглаживающего конденсатора и токе нагрузки, отбирает ток от источника переменного напряжения в обеих полуволнах, нагружая его равномернее. Однако у однополупериодной схемы есть свое преимущество – при ее использовании один из выводов вторичной обмотки трансформатора совпадает с общей цепью «земля» всей схемы (при использовании двухполупериодного выпрямителя это не так), что бывает полезно, например, для измерения напряжения на вторичной обмотке питающего трансформатора.

Очевидно, что амплитуда напряжения UВЫПР оказывается несколько меньше амплитуды напряжения UВХ. Разница составляет величину UД для однополупериодного выпрямителя и 2 UД для двухполупериодного, где UД – падение напряжения на прямо смещенном диоде выпрямителя (до 1 В для силовых диодов при больших токах нагрузки). Это несколько снижает КПД источников питания, но, в известной мере, неизбежно.

Большинству электронных устройств требуется постоянное униполярное (земля, +UП) или биполярное (земля, +UП, –UП) напряжение питания с достаточно хорошей стабильностью. С другой стороны, устройства, не имеющие автономного питания, получают энергию от сети переменного напряжения, через трансформатор и выпрямитель. Как было указано выше, на выходе выпрямителя наблюдаются существенные пульсации напряжения, которые невозможно полностью устранить с помощью пассивных фильтров. Нестабильности амплитуды переменного напряжения в электрической сети и изменения тока нагрузки приводят к колебаниям уровня постоянной составляющей выходного напряжения выпрямителя. Их невозможно устранить ничем другим, кроме активного стабилизатора напряжения, который решает обе задачи – устранение пульсаций и стабилизация постоянной составляющей напряжения.

Простейшим способом стабилизации напряжения является применение управляемого транзисторного балласта (рис. 5). Ее выходное напряжение задается, как правило, каким-то источником опорного напряжения, в приведенном ниже примере – рабочим напряжением стабилитрона – специального диода, предназначенного для работы на отрицательной ветви ВАХ. В отличие от обычного диода, для которого пробой на отрицательном смещении означает выход компонента из строя, для стабилитрона работа в режиме «пробоя» является штатной. Выпускаются стабилитроны на различные рабочие напряжения, от нескольких до нескольких десятков вольт.

2UВЫХ ≥ UВХ ≥ 1.25UВЫХ.

При разорванной цепи нагрузки (RН = ∞) ток базы IБ отсутствует, и весь ток, ограничиваемый резистором RБ, течет через стабилитрон VD. В этом случае в стабилитроне выделяется максимальная мощность. При подключении RН ток, протекающий через резистор RБ, как уже было сказано, разветвляется на IБ и IД. При заданном значении тока нагрузки IН ток, отбираемый в цепи базы, описывается выражением

Б = 1+н ≈ н.

Отбор тока в базу из цепи RБ приводит к снижению тока стабилитрона VD. Характеристика стабилитрона на участке стабилизации напряжения не является идеальной, и изменение тока все же ведет к изменению падения напряжения UД на стабилитроне. Внутреннее сопротивление стабилитрона rД вычисляется из его вольт-амперной характеристики (рис. 6рис. 6):

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика стабилитрона (а) и его эквивалентная схема для ветви стабилизации напряжения (б)

Как видно из вольт-амперной характеристики стабилитрона (рис. 6, а), для качественной и надежной стабилизации напряжения ток стабилитрона должен быть не ниже Imin и не выше Imax.