Описание и порядок выполнения работы. Измерение режимов работы усилителя на постоянном токе.Объектом исследования является усилитель переменного тока

Измерение режимов работы усилителя на постоянном токе. Объектом исследования является усилитель переменного тока, схема которого представлена на рис. 7.1.Перед исследованием необходимо подать на усилитель питание напряжением U _п = 9…10 В с источника постоянного напряжения стенда, обязательно соблюдая полярности указанные на схеме.

Режим усилителя по постоянному току определяется в контрольных точках КТ2…КТ4 относительно отрицательного потенциала питания; для удобства изложения все точки, имеющие в данном случае одинаковый с минусом питания потенциал, часто именуются шиной (или общей шиной).

Измерения напряжений проводят вольтметром постоянного тока, находящимся на стенде, или электроннолучевым осциллографом, работающим в режиме с открытым входом.

Результаты измерений должны быть представлены в виде

,

где - значения напряжений, измеренные вольтметром или осциллографом в соответствующих контрольных точках, - абсолютные погрешности измерения напряжений (измерение напряжений соответствующими средствами и способы оценки погрешностей представлены в инструкциях пользователей к соответствующим приборам; в разделе «Применение осциллографа для измерения параметров сигналов» лаб. раб. 4 и во введении).

Прямые измерения напряжений в контролируемых точках возможны, если входное сопротивление вольтметра/осциллографа существенно больше сопротивлений участков цепи, где проводятся измерения; в этом случае шунтирующим влиянием средств измерений можно пренебречь.

Особое внимание необходимо уделять измерению напряжений во входных цепях усилителей, которые часто делают высокоомными. В этом случае прямые измерения напряжения в контрольной точке КТ2 могут привести к большой погрешности измерений из-за шунтирующего влияния самих средств измерений.

Для уменьшения этой погрешности возможно, в частности, применение косвенных измерений напряжения в точке КТ2. В этом случае последовательно измеряют одним вольтметром постоянного тока сначала напряжение U ₁ на сопротивлении R ₁, а затем напряжение U ₂ на сопротивлении R ₂. Тогда в достаточно широком диапазоне входных сопротивлений усилителя и средств измерений напряжение в контрольной точке КТ2 будет определяться выражением

,

относительная погрешность измерения этого напряжения

,

где d_п, d₁, d₂ – относительные погрешности измерения напряжений U _п, U ₁, U ₂.

Сравните результаты прямых и косвенных измерений напряжения в контрольной точке КТ2.

Определение коэффициента усиления по переменному току проводится для двух выходов (контрольные точки КТ3 или КТ4 на рис. 7.1) с помощью генератора ГС и осциллографа. Для этого следует подключить к входу усилителя источник сигнала, а выбранный выход усилителя подключить к входу CH1 (CH2) осциллографа. Установив частоту синусоидального сигнала равной
1 кГц, следует отрегулировать амплитуду сигнала таким образом, чтобы изображение сигнала на экране осциллографа визуально было бы неискажённым. После определения размера изображения двойной амплитуды L _вых (в делениях сетки экрана) оценивают значение выходного сигнала: U _вых = k _о1 L _вых, где k _о1 – коэффициент отклонения осциллографа. Затем, подключив осциллограф к входу усилителя, подбирают значение коэффициента отклонения k _о2, обеспечивающее удобное наблюдение входного сигнала. Значение входного сигнала: U _вх = k _о2× L _вх, где L _вх – размер изображения двойной амплитуды входного сигнала, в делениях. Коэффициент усиления оценивается по формуле:

K = U _вых / U _вх.

Относительная погрешность результата (в процентах):

,

где – относительные погрешности измерения напряжений осциллографом (см. лаб. раб. 4, разд. «Применение осциллографа для измерения параметров сигналов»).

Измерение коэффициентов формы и амплитуды сигналов. Одним из способов измерения коэффициентов является сравнение действующих, средневыпрямленных и амплитудных оценок одного и того же сигнала, полученных с помощью вольтметров переменного тока с соответствующими способами преобразования входного переменного сигнала.

Источником испытательных сигналов является генератор сигналов специальной формы (синусоидальной, прямоугольной, треугольной), входящий в вертикальный стенд лабораторной установки.

Измерение коэффициентов формы и амплитуды в лабораторной работе проводится с помощью встроенных в стенд преобразователей переменного напряжения в постоянное и вольтметров постоянного тока. Чтобы собрать вольтметр, показания которого пропорциональны действующему, средневыпрямленному или амплитудному значению сигнала, следует выход соответствующего преобразователя соединить с входом вольтметра постоянного тока; вход преобразователя при этом становится входом соответствующего вольтметра переменного тока. Следует отметить, что в отличие от промышленных вольтметров в данном случае показания прибора не градуируются в действующих значениях синусоидального напряжения. Это упрощает решение поставленной задачи.

Каждый из преобразователей передаёт значение параметра входного сигнала с коэффициентом преобразования k = 0,1 при диапазоне входных напряжений | U _max| £ 10 В и предельной допускаемой приведённой (к U _max = 10 В) погрешностью g; для соответствующих преобразователей g_А = 1,5, g_ср = 1,5, g_д = 2,5 в диапазоне частот от 20 Гц до 50 кГц.

Относительная погрешность преобразования (в процентах)

, (7.1)

где U _п – показание вольтметра, подключенного к выходу преобразователя.

Для измерения коэффициентов формы и амплитуды собрать схему, представленную на рис. 7.2, где ГС – генератор сигналов; ПАЗ, ПСЗ, ПДЗ – преобразователи амплитудного, средневыпрямленного и действующего значений; П – переключатель преобразователей; В1, В2 – вольтметры постоянного тока; ВАЗ, ВСЗ, ВДЗ – вольтметры амплитудного, средневыпрямленного и действующего значений.

Коэффициенты формы k _ф и амплитуды k _A определяются отношениями: k _ф = U / U _ср , k _A = U_m / U, где U, U _ср, U_m – действующее, средневыпрямленное и амплитудное значения измеряемого напряжения. Относительная погрешность измерения любого из коэффициентов (в процентах):

d _k = d_А(ср) + d_д + d_в1(в2) + d_в2,

где d_А(ср) – относительная погрешность амплитудного (или средневыпрямленного) преобразователя; d_д – относительная погрешность преобразователя действующего значения; d_в1(в2), d_в2– относительные погрешности измерений напряжения соответствующими вольтметрами.

Погрешности d_А(ср) d_д определяются по формуле (7.1) для каждого преобразователя, а погрешности вольтметров – по двучленной формуле (см. введение) с коэффициентами с / d; с = 0,5, d = 0,2 для предела измерений 2 В.

Рекомендуемые частоты сигнала генератора: 50, 400 и 1000 Гц. Выбранные значения устанавливаются с помощью частотомера стенда.

Рекомендуемый диапазон амплитуд входного сигнала преобразователей: 5…10 В.

При проведении экспериментов следует с помощью осциллографа контролировать форму выходного сигнала генератора.

Теоретические значения коэффициентов формы и амплитуды приведены в таблице.

Коэффициент	Значения коэффициентов для видов периодического сигнала
синусоидального	прямоугольного	треугольного
амплитуды	»1,41		»1,73
формы	p× /4»1,11		2 / »1,15

Постоянные времени интегратора, рис. 7.3, а, измеряют косвенно на основании зависимости выходного напряжения U _вых (t) интегратора от постоянного напряжения U _вх на его входе

U _вых (t) = – U _вх t /t₁₍₂₎, (7.2)

где t₁₍₂₎ = R ₁₍₂₎ C – постоянные времени интегратора по входу 1 (2). Приведённое соотношение на практике сохраняет хорошую линейность при малых значениях t /t₁₍₂₎.

При скачкообразном изменении входного напряжения на величину D U _вхвыходное напряжение будет меняться согласно (7.2) и в конце интервала времени D t достигать максимального значения D U _вых , рис. 7.3, б. Отсюда постоянные времени интегратора определяются соотношением

. (7.3)

Экспериментально определить постоянные t₁₍₂₎ можно с помощью генератора прямоугольных импульсов и осциллографа. Для этого необходимо сигнал генератора прямоугольной формы подать на один из входов интегратора и вход CH1 канала осциллографа, а на второй вход CH2 осциллографа подать выходной сигнал интегратора. Регулировками осциллографа добиться устойчивого изображения, аналогичного рис. 7.3, б. По осциллограмме находят

где k _о, k _p – коэффициенты отклонения и развёртки осциллографа, – размеры изображений входного и выходного напряжений и интервала интегрирования.

Постоянная времени t определяется в соответствии с формулой (7.3). Относительная погрешность экспериментального определения постоянной времени

где - относительные погрешности измерения соответствующих напряжений и интервала времени (см. лаб. раб. 4, разд. «Применение осциллографа для измерения параметров сигналов»).

Лабораторная работа 8.