VI. Лабораторная работа №4 исследование двухтактного бестрансформаторного выходного каскада
6.1. Цель работы
Изучить построение и работу бестрансформаторного усилителя. Изучить энергетические соотношения в усилителе мощности, работающем в режиме “B”. Уяснить влияние ООС на работу и характеристики усилителя. Оценить влияние режима работы выходных транзисторов на появление искажения выходного сигнала.
6.2. Описание принципиальной схемы макета
Схема, рис.6.1., содержит каскад предварительного усилителя на транзисторе V1, собранный по схеме с ОЭ, и мощный двухтактный выходной каскад на транзисторах V2-V5, причем каждое плечо его представляет составной транзистор.
Транзисторы
V2,
V4
образуют двойной эмиттерный повторитель,
а транзисторы V3,
V5
– усилитель со 100% ООС, который обладает
примерно такими же параметрами и
свойствами, что и двойной эмиттерный
повторитель, а именно: большое входное
и малое выходное сопротивления, оба
плеча не усиливают входное напряжение
(
)
и не меняют его полярность.
Напряжение смещения транзисторов V2, V3 создается на резисторе R6 и диоде Д1, стоящих в коллекторной цепи транзистора V1, и позволяет исключить искажения типа “ступенька”.
Резисторы R9 и R10 являются вспомогательными элементами, улучшающими стабильность схемы и выравнивающими параметры плеч.
По падению напряжения на R10=1,5Ом производится косвенное измерение тока выходного транзистора. Для получения высоких качественных показателей усилителя вводится ООС по переменному току через резисторы R11 и R2.
Стабилизация напряжения 0,5Ek выходных транзисторов осуществляется обратной связью по постоянному току через резисторы R3 и R1.
Переменный
резистор R1
позволяет симметрировать плечи в
исходном режиме (
)
и исключать таким образом появление
амплитудных ограничений выходного
сигнала только в одном их плеч выходного
каскада.
Конденсатор С2 служит для устранения ОС по переменному току.
Сопротивление нагрузки можно скачкообразно менять (4,6; 7; 9; 11,4; 21,4 Ом).
Усилитель
питается от автономного источника
питания
На верхней панели макета размещены гнезда для подключения источника питания, сигнала “Вход”, ручка потенциометра ООС, переключатель нагрузки, выведенный под шлиц регулятор симметрии плеч, гнезда “Выход” и гнезда “Ток оконечного каскада”.
Работа усилителя заключается в следующем. В исходном состоянии выходные транзисторы приоткрыты, конденсатор C5 заряжен до величины 0,5Ек. При появлении отрицательной полуволны входного напряжения на базе транзистора V1, работающего в режиме А, на коллекторе его появляется положительная полуволна, которая открывает транзистор V3 и закрывает V2. Таким образом, работает нижнее плечо. При этом переменная составляющая тока протекает через транзистор V5 и нагрузку, а конденсатор С5 выполняет роль источника питания.
При положительной на входе полуволне транзистор V1 прикрывается, отрицательная на выходе входного каскада полуволна открывает транзистор V2 и закрывает V3. Работает верхнее плечо усилителя. При этом переменная составляющая тока выходного транзистора V4 протекает от источника питания через V4, конденсатор С5 и нагрузку.
6.3. Порядок выполнения работы
а) Собрать и проверить схему лабораторной установки в соответствии с блок схемой рис.6.2.
Используя осциллограф, отсимметрировать усилитель потенциометром R1 при Uвх, близком к величине, при которой начинается ограничение выходного сигнала. Зарисовать осциллограммы выходного сигнала.
б) Исследовать влияние величины сопротивления нагрузки Rн на выходную мощность, для чего установить минимальной глубину ООС (выключить); сопротивление нагрузки максимальным Rн=21,4Ом; частоту входного сигнала fc=1кГц; увеличить Uвх до значений, при которых начинается ограничение амплитуды выходного сигнала, замерить Uвых. Повторить измерения для всех значений нагрузки, уменьшая ее до 4,6Ом. Результаты занести а таблицу.
|
Rн, [Ом] |
21,4 |
11,4 |
9 |
7 |
4,6 |
|
Uвхmax |
|
|
|
|
|
|
Uвых |
|
|
|
|
|
|
Pвых |
|
|
|
|
|
Дальнейшие пункты выполняются при Rн=7,0 Ом.
в)
Снять амплитудную характеристику
усилителя. При этом 1) fc=1кГц;
2) Uвх
изменять от 0 до Uвхmax
через
3) измерить в этих опорных точках
Данные свести в таблицу.
|
Uвх |
|
|
Uвых |
|
|
Iок |
|
|
P0 |
|
|
Pвых |
|
|
Pк |
|
|
η |
|
Амплитудная характеристика строится согласно методике представленной в разделе 2.1.
По полученным результатам построить зависимости:
-
потребляемая мощность от источника
питания.
-
выходная колебательная мощность.
-
мощность, рассеиваемая на коллекторе.
-
КПД выходного каскада.
г) Снять АЧХ с выключенной и включенной ООС. Полученные данные свести в таблицу и построить АЧХ с ООС и без нее. Результаты заносятся в таблицу и строятся графики согласно пункту 2.2.
д) Зарисовать осциллограммы Uвых при включенном и выключенном Д1. При этом Uвх должно быть близким к минимальному. Объяснить результаты.
6.4. Контрольные вопросы
Четвертый коллоквиум
1. Общие сведения о выходных каскадах
2. Способы построения однотактных выходных каскадов
3. Эквивалентная схема трансформаторного каскада
4. Выходные динамические характеристики
5. Построение ВДХ для каскада с емкостной связью
6. Построение ВДХ для трансформаторного каскада
7. Анализ однотактного выходного каскада в режиме А
8. Резисторные двухтактные усилители напряжения
9. Двухтактный трансформаторный усилитель мощности
10. Работа двухтактного каскада в режиме В.
11. Анализ двухтактного трансформатора усилителя мощности
12. Фазоинверсные схемы
13. Принцип построения бестрансформаторного усилителя мощности
14. Бестрансформаторный усилитель мощности с дополнительной симметрией
15. Бестрансформаторный усилитель мощности на составных транзисторах