Выполнение лабораторной работы на персональном компьютере. Исходными для исследования являются схемы, изображенные на рис

Исходными для исследования являются схемы, изображенные на рис. 2.4.-2.5.

1. Включить компьютер и собрать схему, изображенную на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема для исследования однополупериодного выпрямителя

2. Замерить напряжение на входе схемы U₃ и на нагрузке U₁.

3. Снять осциллограммы напряжений U₁ и U₃ зарисовать их. Осциллограммы рисовать в соответствии с их временным положением друг относительно друга.

4. Собрать схему однополупериодного выпрямителя с фильтром, подключив параллельно нагрузке конденсатор С1.

5. Снять осциллограммы напряжений U₁ и U₃ зарисовать их.

6. Измерить значение напряжения на нагрузке с помощью вольтметра.

7. Рассчитать коэффициент пульсации и коэффициент сглаживания фильтра.

8. Собрать схему, изображенную на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схема для исследования двухполупериодного выпрямителя

9. Замерить напряжение на входе схемы U₃ и на нагрузке U₁.

10. Снять осциллограммы напряжений U₁ и U₃ зарисовать их. Осциллограммы рисовать в соответствии с их временным положением друг относительно друга.

11. Собрать схему двухполупериодного выпрямителя с фильтром, подключив параллельно нагрузке конденсатор С1.

12. Снять осциллограммы напряжений U₁ и U₃ зарисовать их.

13. Измерить значение напряжения на нагрузке с помощью вольтметра.

14. Рассчитать коэффициент пульсации и коэффициент сглаживания фильтра.

Контрольные вопросы

1. Объяснить принцип работы однофазной мостовой схемы выпрямителя и схемы со средней точкой.

2. Что такое внешняя характеристика выпрямителя? От чего зависит ее наклон?

3. От чего зависит к.п.д. выпрямителя?

4. Пояснить изменение показаний вольтметра U₁ при изменении условий проведения экспериментов.

5. Пояснить работу фильтра выпрямителя.

6. Как влияет величина емкости конденсатора на работу фильтра.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

 

ИССЛЕДОВАНИЕ усилителя

Цель работы

Исследовать характеристики и параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе в схеме с общим эмиттером.

 

Основные положения

Усилитель - это устройство, предназначенное для увеличения значений параметров электрических сигналов за счет энергии источника питания. В зависимости от того, какой из параметров усиливается больше, усилители подразделяются на усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности.

К основным параметрам усилителей относятся:

· коэффициент усиления по: напряжению , току , мощности ,

· входное сопротивление (между входными зажимами усилителя для переменного входного тока) ,

· выходное сопротивление (между выходными зажимами усилителя для переменного тока при отключенном сопротивлении нагрузки) ,

· коэффициент полезного действия усилителя - отношение мощности, поступающей в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания: .

К основным характеристикам усилителя также относятся амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики.

Амплитудно- частотная характеристика усилителя – это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты. Фазо-частотная характеристика – это зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжениями от частоты. Типовые АЧХ и ФЧХ приведены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Характеристики усилителя.

Из-за наличия в схеме усилителя реактивных элементов и зависимости свойств транзистора от частоты коэффициент усиления усилителя имеет различные значения на различных частотах. Такие искажения называются частотными и характеризуются коэффициентом частотных искажений , равным отношению коэффициента усиления на средних частотах к коэффициенту усиления на данной частоте .

Частоты, на которых коэффициент усиления достигает предельно допустимого (граничного) значения , называются верхней и нижней граничными частотами (частотами среза), а разность – полосой пропускания усилителя.

Амплитудная характеристика усилителя – это зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала на некоторой постоянной частоте.

Амплитудная характеристика идеального усилителя представляет прямую линию, проходящую через начало координат, а амплитудная характеристика реального усилителя совпадает с характеристикой идеального только на некотором участке. При больших входных сигналах U_{вх m} > U_{вх m max} выходное напряжение усилителя перестает возрастать. Это связано с тем, что рабочая точка транзистора попадает в область насыщения или отсечки. При этом выходной сигнал искажается.

Наиболее распространенная схема усилительного каскада на транзисторе с ОЭ показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема усилителя на биполярном транзисторе с ОЭ

Входное усиливаемое переменное напряжение u_вх подводится ко входу усилителя через разделительный конденсатор C_p1. Конденсатор C_p1 разделяет источник входного сигнала и базовый вход усилителя по постоянному току, чтобы исключить нарушение начального режима работы транзистора VI. Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VI, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением R_н через разделительный конденсатор С_р2. Этот конденсатор служит для разделения выходной (коллекторной) цепи транзистора и внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока I_ок. Значение I_ок и других постоянных составляющих токов и напряжений в цепях транзистора зависят от режима работы по постоянному току (положения рабочей точки на нагрузочной прямой). Положение рабочей точки, т.е. значение начального тока базы I_об задается делителем RI, R2. При отсутствии входного переменного сигнала в цепи коллектора протекает постоянный ток I_ок, значение которого определяется из выражения:

где R_к - сопротивление в цепи коллектора,

R_э - сопротивление в цепи эмиттера.

Решив это уравнение относительно тока I_ок, получим динамическую характеристику транзистора по постоянному току

.

Это выражение представляет собой уравнение прямой линии, проходящей через точки с координатами: Е_к, 0; 0, , изображенными на выходных характеристиках транзистора.

Усилительные каскады могут работать в одном из режимов: А, В, С, АВ, определяемым начальным положением рабочей точки при отсутствии входного переменного сигнала. При работе транзистора в активном (усилительном) режиме (класс А) начальное положение рабочей точки должно быть таким, чтобы ток через активный элемент транзистора протекал в течение всего периода изменения входного сигнала, а амплитудное значение выходного тока I_кm не превышало начального тока I_ок. Начальное положение рабочей точки обеспечивается делителем напряжения R1, R2.

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки. С этой целью в эмиттерную цепь введен резистор R_э, на котором создается напряжение отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току . Для устранения ООС по переменному току при наличии входного переменного сигнала резистор R_э шунтируют конденсатором С_э, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.