2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка К-4826 (рис. 3.5) представляет собой стенд, включающий в себя: 1) Набор различных электронных деталей, помещенных в прозрачные пластиковые корпуса со штыревыми контактами, предназначенными для быстрого монтажа. 2) Рабочее поле с установочными гнездами для сборки схем. 3) Встроенные источники питания и генераторы сигналов.

Рис.3. 5. Лабораторный стенд К-4826.

Также в лабораторной работе задействованы двулучевой осциллограф С1-69 (рис. 3.6), являющийся основным измерительным прибором, и цифровой мультиметр (рис.3.7), служащий для измерения постоянных напряжений в схеме. Измерения входных и выходных токов сигнала проводятся при помощи измерения падения напряжения на сопротивлении, включенного перед входом либо после выхода транзистора, то есть во входной или выходной части цепи. В качестве источника входных постоянных напряжений каскадов используется внешний блок питания +5 В. Блок-схема лабораторной установки изображена на рис. 3.8.

Рис. 3.6 Двулучевой осциллограф С1-69.

Рис 3.7 Цифровой мультиметр.

При сборке на стенде схемы особое внимание следует уделить правильному размещению ее элементов на рабочем поле, так как все корпуса элементов являются симметричными, а так же правильной полярности питания схемы. Собирать схему необходимо при выключенном питании стенда и источника питания, затем, выставив ручки регулировки питания на минимум, а имеющиеся в схеме переменные резисторы на максимальное сопротивление, включить источники питания и генератор. Затем нужно задать параметры напряжений питания и сигнала близкими к рабочим и оставить схему в рабочем состоянии на 15 минут для ее прогрева и стабилизации параметров источников питания и генератора.

При работе с осциллографом необходимо внимательно следить за положением всех ручек и переключателей на его передней панели. Особое внимание следует уделить на положение ручек «множитель, mV/cm», «корр», находящихся в зоне УСИЛИТЕЛЬ Y1, Y2, а также на положение переключателя «время/см», находящегося в зоне РАЗВЕРТКА. Также большую роль в правильной настройке внешнего вида сигнала на экране осциллографа играют переключатели и регулировочные ручки зоны СИНХРОНИЗАЦИЯ.

Рис 3.8 Блок-схема лабораторной установки.

При постановке лабораторной работы также замечены другие эффекты, влияющие на показания осциллографа. Одним из них является наводка от сети напряжения частотой 50 Гц, создающая на экране разного рода биения сигнала. Эта проблема решается при помощи увеличения индуктивности дросселей источников питания. Если же эффект не исчезает, следовательно проблема заключается в том, что индуктивности и емкости цепи создают колебательный контур, частота которого, слаживаясь с рабочей частотой контура, создает биения. Этот эффект устраняется посредством изменения номиналов емкостей и индуктивностей в цепи, либо изменением частоты входного сигнала. Иногда сигнал на экране осциллографа может выглядеть сильно размазанным, представляя собой несколько синусоид со сдвигом по вертикали. Этот эффект также объясняется частотными наводками контуров, создаваемых емкостями и индуктивностями, при которых частота наводящегося сигнала в пять – семь и более раз ниже, что обуславливает частые «прыжки» сигнала на экране, которые и воспринимаются как «размытый» сигнал.

Также для правильных показаний приборов необходимо следить за соединениями всех элементов в цепи, а особенно за контактами провода осциллографа и контактами проводников, соединяющих источники сигнала и напряжений со схемой, так как в силу возраста аппаратуры эти контакты наиболее изношены.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Измерение Z-параметров биполярного транзистора.

Для измерения Z-параметров биполярного транзистора необходимо собрать схему, изображенную на рис. 3.9. В этой схеме элементы C₁ и C₂ исполняют роль фильтров, пропускающих переменный ток, но не пропускающий постоянный, элементы L₁ и L₂ исполняют роль дросселей источников постоянного напряжения.

Рис. 3.9. Принципиальная схема, предназначенная для измерения Z-параметров транзистора.

Емкости и индуктивности данных элементов рассчитываются из следующих соображений. Так как входное сопротивление транзистора включенного по схеме с общей базой составляет величину порядка 10 – 50 Ом, следовательно сопротивление конденсатора C₁ должно быть на порядок меньше данной величины, а сопротивление катушки индуктивности L₁ – на порядок больше. Наоборот, выходное сопротивление транзистора в такой схеме очень велико, а сопротивление нагрузки составляет килоомы. Из этого следует, что величина сопротивления конденсатора C₂ должна быть меньше сопротивления нагрузки, а сопротивление катушки индуктивности L₂ должно быть на порядок больше величины сопротивления нагрузки. Сопротивление конденсаторов можно оценить по формуле , а индуктивностей – по формуле .

Проводя исследование схемы и транзистора на максимальной частоте работы стенда в качестве конденсаторов C₁ и C₂ можно взять имеющиеся в наборе стенда электролитические конденсаторы емкостью 10 мкФ. Все эксперименты проводятся на максимальной частоте работы установки, составляющей около 45 кГц.

В качестве дросселя L₁ применяется одна из обмоток трансформаторов, имеющихся в наборе стенда. Опытным путем можно выбрать обмотку с наибольшей индуктивностью, если же индуктивности одной обмотки трансформатора не хватает, тогда можно последовательно соединить одинаковые обмотки двух трансформаторов, что и используется для получения дросселя L₂. В результате лабораторная схема будет иметь вид, изображенный Ра рис. 3.10. В качестве исследуемого транзистора применяется транзистор КТ815Г.

Рис. 3.10. Полная принципиальная схема установки.

Собрав схему и подключив ее, необходимо провести ее настройку. Настройка проводится посредством регулировки входного постоянного напряжения и регулировкой напряжения сигнала, сдвигая рабочую точку транзистора. Рабочую точку необходимо отрегулировать таким образом, чтобы сохранить синусоидальный вид сигнала на входе и на выходе транзистора, сохраняя при этом условие приблизительного равенства входного и выходного переменных токов. Выходной переменный ток должен отличаться от входного не более чем на 0,1 мА, а синусоидальная форма выходного сигнала должна сохраняться даже в режиме холостого хода.

После того, как удалось выполнить все условия настройки схемы, можно приступить к измерению Z-параметров транзистора. Для этого по очереди создаем на выходе транзистора режим холостого хода и короткого замыкания, результаты этих экспериментов подставляем в систему уравнений (3-3), получая две системы уравнений. Решаем их с учетом того, что в режиме короткого замыкания выходное напряжение U₂ приравнивается к нулю, а в режиме холостого хода приравнивается к нулю выходной ток I₂ . Дальнейшим их решением получаем четыре Z-параметра исследуемого транзистора.

2. Расчет и сборка двухкаскадного усилителя с согласующим П-контуром

Решив систему уравнений (3-5) мы получим, что параметр Z₁₁ представляет собой суммарное входное сопротивление транзистора:

, (3-14)

а параметр Z₂₂ – выходное сопротивление:

. (3-15)

Учитывая эти параметры, несложно по формулам (3-6) – (3-13) рассчитать параметры согласующего П-контура и перейти к его сборке на лабораторном стенде. Необходимо учесть, что измеренная добротность холостого хода намотанной на Ш-образном феррите катушки L₁ равна около 120 на частоте, близкой к максимальной частоте работы встроенного в стенд генератора.

Принимая во внимание схему на рис.3.10 и схему П-контура (рис.3.4) несложно будет собрать требуемую схему (рис. 3.11), здесь L₁, C₁ и C₂ – элементы согласующего контура.

Настройка такой схемы занимает немного больше времени, однако основывается на все тех же принципах, что и настройка однокаскадной схемы. Опыт работы с двухкаскадной схемой показал, что наилучшего КПД контура можно добиться при неодинаковых входных напряжениях каскадов и при минимальном напряжении входного сигнала.

Оценить КПД при работе нагруженного П-контура возможно при помощи сравнения мощностей сигналов на входе и выходе контура.

Рис.3.10. Полная принципиальная схема двухкаскадного усилителя с согласующим П-контуром.