Главная | Обратная связь

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

Выполнение экспериментальной части включает в себя как изучение назначения и функционирования элементов электронного усилителя, так и получение экспериментальных параметров, характеризующих работу усилителя мощности.

Экспериментальная работа выполняется на лабораторном стенде № 5. Его внешний вид представлен на рис. 8.

 

1

 

 

2 12

 

 

 

5 6 7 8 9

 

 

Рис. 8. Внешний вид лабораторного стенда № 5

 

1- Сетевой трансформатор блока питания.

2- Стабилизированный источник питания усилителя мощности (10В).

3- Плата усилителя мощности.

4- Громкоговоритель.

5, 7- Выводы общего провода.

6- Вывод входа усилителя.

8, 9- Выводы выхода усилителя.

10, 11- Органы управления нагрузкой усилителя.

12- Тумблер выключения сетевого питания.

 

 

На рис. 9 приведена электрическая схема усилителя мощности.

 

+

 

D₃ U_п=10В

 

R₃ 16к T₅

Т₆

R₄ D₄ T₈

R₂ 2,2к 1,3к R₆ 1,8к D₅

R₁₁ 0,5

C₁ Т₁ Т₂ R₈ 16к D₆ C₃ 2000.0 U_вых

 

R₇ R₁₀ R₁₂ 0.5

U_вх 20.0

150 C₄ T₉

T₃ T₄ R_н 26

R₁ D₁ Т₇

10к R₅ С₂ R₉

150 D₂ 50.0 200

 

_

 

Рис.9. Транзисторный усилитель мощности с отрицательной обратной связью: Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т₈ – КТ 315; Т₅,Т₉ – КТ 361; Т₆ – КТ 972; Т₇ – КТ 973

 

Усилитель мощности включает в себя входной дифференциальный каскад на транзисторах Т₁ и Т₂, промежуточный каскад на транзисторе Т₅ и выходной двухтактный эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах Т₆ и Т₇.

Питание дифференциального каскада осуществляется от генератора стабильного тока, выполненного на транзисторе Т₃, двух диодах D₁, D₂ и резисторах R₅ и R ₆.

Генератор тока на транзисторе Т₄ обеспечивает стабильность тока в цепи смещения выходных транзисторов Т₆ и Т₇.

Транзисторы Т₈ и Т₉ совместно с резисторами R₁₁ и R₁₂ выполняют роль защиты по току выходных транзисторов от короткого замыкания в нагрузке.

Резистор R₂ осуществляет регулировку выходного напряжения по постоянному току в пределах 0,5 U_п.

Резистор R₁₀ позволяет регулировать напряжение смещения на базах выходных транзисторов.

В усилителе введена отрицательная обратная связь по постоянному и переменному току цепочкой R₈, R₇ и С₂.

Усилитель мощности питается от однополярного компенсационного стабилизатора (U_п= 10В), находящегося в лабораторном стенде.

Для исследования усилителя мощности используются электронные измерительные приборы: вольтметр переменного тока В3-33, вольтметр универсальный В7-35, двухлучевой осциллограф С1-118А и источник сигналов – генератор низкой частоты Г3-112.

 

 

Задание 1.Получение амплитудной характеристики усилителя.

 

Амплитудная характеристика отражает зависимость амплитуды выходного напряжения от изменения амплитуды напряжения на входе.

Для ее получения гармонический сигнал низкой частоты 1 кГц с генератора Г3-112 подать на вход усилителя, контролируя его величину вольтметром переменного тока В3-33. Форму входного сигнала наблюдать на экране осциллографа С1-118А по первому каналу.

Выходной сигнал наблюдать на экране осциллографа по второму каналу, а его величину измерять вольтметром универсальным В7-35.

Перед включением приборов в сеть проверить органы управления на источниках сигналов и на измерительных приборах. Источники сигналов должны выдавать наименьший по амплитуде сигнал, а ручки управления измерительных приборов должны быть поставлены в положение измерения максимальной величины.

Увеличивая входной сигнал от 0 наблюдать увеличение выходного сигнала до симметричного ограничения его амплитуды. Результаты измерений U_вх и U_вых занести в таблицу 1.

По результатам измерений построить зависимость U_вых=f(U_вх). По графику измерить коэффициент усиления К_оос и динамический диапазон усилителя D=U_max/ U_min . Сравнить измеренное значение К_оос с расчетным.

Таблица 1

№ п/п f_o U_вых U_вх D K_оос изм. K_оос расч.

 

1.

2.

3. 1кГц

…

n

 

 

Задание 2. Исследование амплитудно-частотной характеристи-

ки (АЧХ) усилителя мощности.

Зависимость модуля комплексного коэффициента передачи от частоты описывает амплитудно-частотную характеристику усилителя. Для ее построения необходимо на вход усилителя подать гармонический сигнал с постоянной амплитудой (U_вх=10mВ). Величина входного сигнала выбирается такой, чтобы выходной сигнал при любых частотах не искажался. Это примерно 3/4 динамического диапазона усилителя.

Изменяя частоту входного сигнала от 10 Гц до 200 кГц, измерять выходное напряжение при номинальной нагрузке 8 Ом. Данные измерений занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ п/п U_вх f lg f U_вых K=U_вых/U_вх ∆f_{пол. проп.}

 

1.

2.

…

n

 

По данным таблицы 2 построить зависимость K = ψ(lgf) и измерить полосу пропускания.

Используя параметры схемы, сравнить расчетную полосу пропускания ∆f_пр с экспериментальной.

Задание 3. Измерение скорости нарастания выходного сигнала по переходной характеристике.

Переходную характеристику, как отклик системы на импульсное воздействие, можно получить, подав на вход усилителя сигнал типа меандр с крутыми фронтами. Для этого переключить тумблер формы выходного сигнала Г3 – 112 в положение (меандр). Изменяя частоту входного сигнала, наблюдать выходной сигнал на экране осциллографа и по наклону фронта выходного сигнала измерить максимальную скорость(v_{U max}) нарастания выходного сигнала в В/мкс.

 

 

Задание 4. Получение КПД и нагрузочной характеристики усилителя мощности.

Нагрузочная характеристика связывает выходную мощность усилителя и сопротивление нагрузки при U_{вх max=const} и f=const.

Для получения нагрузочной характеристики Р_вых=f(R_нагр) на вход усилителя подать максимально возможный гармонический сигнал с частотой f = 1кГц.

Изменяя R_нагр в пределах 4 ÷ 26 Ом, измерить U_вых и, рассчитав , построить график зависимости P_вых = f(R_нагр). Данные измерений удобно свести в таблицу 3.

Таблица 3

№ п/п U_вх f R_нагр U_вых Р_вых

1.

2. 1кГц

…

n

 

Для расчета КПД необходимо знать мощность (Р_з=U_п · I_п), затраченную на получение выходной мощности P_вых. U_п и I_п – напряжение и ток, потребляемый от источника питания.

Задание 5. Компьютерное моделирование лабораторного

Эксперимента.

1. Используя программное обеспечение, предлагаемое преподавателем (Electronics Workbench 3.0E или CircutMaker v.5.0), построить на экране компьютера (или использовать файл "Лаб5") схему усилителя мощности. Ввести параметры элементов схемы. Ко входу усилителя подключить функциональный генератор и подать на вход гармонический сигнал с напряжением 15мВ и частотой f =1кГц. Двухлучевой осциллограф и измеритель амплитудно-частотной характеристики по одному каналу подключить к входу усилителя, а по второму каналу к его выходу.

2. Органами управления осциллографа и измерителя АЧХ установить наиболее рациональную форму и размер осциллограмм. Измерить по осциллограммам коэффициент усиления K при f=1кГц, а также полосу пропускания Δf.

3. Провести анализ и установить влияние параметров элементов схемы на коэффициент усиления и полосу пропускания. Сделать соответствующие выводы.

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высш.шк., 1982. 496 с.; ил.

2. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш. шк., 1988. 464 с.; ил.

3. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем / Пер. с англ. И. Влах, К. Сингхал. М.: Радио и связь, 1988. 560 с.; ил.

4. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие /

Ю. И. Волощенко, Ю. Ю. Мартюшев и др./ Под ред.

Г.Д. Петрухина. М.: Изд-во МАИ, 1993. 416 с.; ил.

5. Радиотехника: Учебное пособие для студентов вузов /

Е.М. Гершензон, Г.Д. Полянина, Н.В. Соина. М.: Просвещение, 1986. 319 с.; ил.

6. Элементы информационных систем: Учеб. для вузов / В.П. Миловзоров. М.: Высш.шк., 1989. 440 с.; ил.