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 dп, 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 gА = 1,5, gср = 1,5, gд = 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 = Um / U, где U, U ср, Um – действующее, средневыпрямленное и амплитудное значения измеряемого напряжения. Относительная погрешность измерения любого из коэффициентов (в процентах):
d k = dА(ср) + dд + dв1(в2) + dв2,
где dА(ср) – относительная погрешность амплитудного (или средневыпрямленного) преобразователя; dд – относительная погрешность преобразователя действующего значения; dв1(в2), dв2– относительные погрешности измерений напряжения соответствующими вольтметрами.
Погрешности dА(ср) dд 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.
