Порядок подготовки к работе и включение стойки

I.3.1. Перед началом работы на генераторе ГЗ-112 установить регулировки выходного напряжения в положение слабого уровня. С этой целью аттенюатор дискретного ослабления выходного уровня "ОСЛАБЛЕНИЕ, дБ" должен находиться в положении "30-70", а ручка плавной регулировки выходного напряжения " " - в крайнем левом положении. На милливольтметрах ВЗ-56 переключатель поддиапазонов "mV-V" следует установить в положение 30 В; на осциллографе CI-93 органы управления ставятся в исходные положения, указанные в табл.1.1.

Табл.1.1

 

Включить "СЕТЬ" на измерительных приборах. Приборы готовы к проведению измерений через 5 мин.

1.3.2. Источником сигнала для исследуемых усилителей является генератор сигналов ГЗ-112, который может быть использован в режиме генерирования сигналов синусоидальной и прямоугольной формы в зависимости от положения тумблера переключения режимов работы генератора «~» или «». Необходимая частота выходного сигнала генератора устанавливается переключателем поддиапазонов частот "МНОЖИТЕЛЬ" и ручкой плавной перестройки частоты "ЧАСТОТА Hz ". Выходное напряжение генератора (входное напряжение для исследуемого усилителя) увеличивать постепенно, используя ручки дискретной и плавной регулировок и контролируя его величину по осциллографу или милливольтметру.

1.3.3. Для измерения напряжения на входе и выходе исследуемого усилителя используются милливольтметры переменного тока ВЗ-56.

Выбор шкалы (пределов измерения) милливольтметра в соответствии с диапазоном измеряемых напряжений осуществляется с помощью переключателя поддиапазонов " mV-V". Рекомендуется для обеспечения точности измерения устанавливать такой предел шкалы при котором стрелка прибора располагается в правой её половине.

1.3.4. Для наблюдения формы входного и выходного сигналов используется двухканальный осциллограф CI-93.

В одноканальном режиме наблюдается исследуемый сигнал одного из каналов, при этом переключатель работы устанавливается в положение "I" или "II". В двухканальном режиме исследуемый сигнал наблюдается "I" и "II" каналом, при этом переключатель режима работы устанавливается в положение "..." при скоростях развертки ниже 0,5mS, и в положение " " - при скоростях развертки выше 0,5 mS.

В режиме внутренней синхронизации развертки (положение "ВНУТР.I" или "ВНУТР.II) сигнал синхронизации снимается с выхода I или II каналов. При этом режим запуска схемы синхронизации выбирается автоматический (полож."АВТ"), независимый от запускающего сигнала. Выбор полярности запуска схемы синхронизации осуществляется переключателем «». Устойчивости синхронизации можно добиться ручкой "УРОВЕНЬ" и ручкой «СТАБ. ВЧ» на частотах выше 5 МГц. Размер изображения по горизонтали определяется длительностью развертки, которуюустанавливают, исходя из частоты подаваемогосигнала (длительность периода которого Т= 1/f): дискретно переключателем «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» устанавливается коэффициент развертки и плавно центральной ручкой "ПЛАВНО" этого же переключателя. Размер изображения по вертикали определяется амплитудой подаваемого сигнала: дискретно переключателем " V /ДEЛ." устанавливается коэффициент отклонения и плавноцентральной ручкой этого же переключателя.

1.3.5. После разрешения преподавателя включить "СЕТЬ" на контрольной панели лабораторного стенда. При этом на исследуемый усилитель подаются необходимые напряжения питания от блока источников питания и на контрольной панели стенда зажигается индикаторная лампочка.

1.3.6. Дальнейшая коммутация проводится согласно методике проведения соответствующей лабораторной работы.

1.4. Общие сведения о методике проведения эксперимента и измерений:

1) Перед проведением любой экспериментальной работы необходимо ознакомиться с задачей эксперимента, с последовательностью его проведения.

2) Еще до включения аппаратуры рекомендуется оценить, каковы ожидаемые результата исследования и установить на приборах требуемые пределы измерения.

3) Перед проведением эксперимента обратить внимание на методику измерения исходных параметров, используемых для построения соответствующих характеристик.

4) При измерении коэффициента усиления, входного и выходного сопротивлений, снятии АЧХ и ПХ уровень входного сигнала U1 max или Е1 max не должен превышать значения, при котором становятся заметными нелинейные искажения сигнала на выходе [1,2]. Практически рекомендуется выбирать U1≤ 0,3U1max или Е1≤ 0,3E1max.

5) Расчетная часть выполняется по заданию преподавателя.

 

1.4.1. Измерение коэффициента усиления

На рис 1.2 показана функциональная схема установки для измерения коэффициента усиления усилителя A1, содержащая лабораторный генератор PG1 и два вольтметра PV1 и PV2. Для контроля формы кривой входного и выходного напряжений используется осциллограф PS1.

 

Рис.1.2. Функциональная схема, используемая для измерения коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивления усилителя, а также для снятия его АХ, АЧХ и ПХ

 

Измерению подлежат коэффициент усиления по напряжению К= U2/U1,

по ЭДC К_E=U2/E1, по току K_I=I₂/I₁ и по мощности Кр = P₂/P₁.

KE=K*Rвх/(R_1Г+Rвх), KI=K*Rвх/R2H,

Кр=К*К_I=K ^{2 *}R_BX/R_2H,(1.1)

где R_1Г - внутреннее сопротивление источника сигнала, равное сопротивлению резистора R₁, а Rвх = U1/I1 - входное сопротивление усилителя, методика измерения которого изложена ниже.

 

Перед непосредственным измерением следует проверить соединения схемы (рис. 1.2), установить переключатель (тумблер) S1 в положение I, включить питание приборов и лабораторного макета. Плавно увеличивая входное напряжение U1 средней частоты (f₀ = I кГц), наблюдать форму выходного сигнала. При появлении сколько-нибудь заметных искажений синусоидального сигнала (притупление-ограничение вершины или впадины) зафиксировать полученные предельные значения Е1mах, U2mах и, переведя переключатель S1 в положение 2, определить U1max,

При измерении коэффициентов усиления К, K_E, K_I и снятии характеристик: амплитудной (АХ), амплитудно-частотной (АЧХ) и переходной (ПХ) - в целях снижения погрешности измерений, напряжения входного сигнала E1 и U1 устанавливаются с таким расчетом, чтобы выходное напряжение не превышало 0,5U2max с удобным округленным значением, например, U2=I В

1.4.1.1. Измерение коэффициента усиления ОУ без ОС заслуживает дополнительного пояснения. В связи с тем, что К_ОУ достигает нескольких порядков, в номинальном режиме входное напряжение на его входе составляет доли мВ, что соизмеримо с уровнем шумов в исследуемом макете.

Первоначально подготавливаем проведение эксперимента. При выключенном генераторе сигнала в режиме УПТ ручку уровня сигнала на генераторе устанавливаем в положене 30 дБ, ручку плавной регулировки уровня до упора влево. На входном вольтметре установлена шкала 1 мВ, на выходном1В. При развёртке 5-10 mS на экране осциллографа видим шумы и наводки от сети переменного тока.

Приступаем к измерениям. Включаем генератор, подаём на вход усилителя сигнал с частотой 30-40 Гц. Плавно, аккуратно увеличиваем уровень сигнала. Некоторое время стрелка входного вольтметра не двигается. Это говорит о том, что уровень сигнала меньше уровня шумов. На выходе ОУ осциллограф покажет гармонический сигнал раньше, чем на входе. Увеличиваем сигнал на входе ОУ до тех пор, пока выходной сигнал U₂ не достигнет величины 1В. В этой позиции следует зафикировать величину входного сигнала U₁. Изменяя в какую-либо сторону подаваемый от генератора сигнал, получаем новые значения напряжений U₁′ и U₂′ . Отношение приращений ∆U₂/∆U₁даёт искомый ответ.

 

1.4.2. Измерение входного сопротивления усилителя.

Для измерения R_вх на частоте f₀ независимо от вида усилителя используется косвенный метод, обладающий достаточной точностью, с помощью схемы на рис.1.2, из которой следует, что Rвx= U1/I1. Учитывая, что

I1=(E-U1)/R1,получимRвx=U1R1/(E-U1),(1.2)

1.4.3. Измерение выходного сопротивления усилителя

Метод измерения Rвыx основан на том, что эквивалентная схема усилителя в форме четырехполюсника содержит зависимый источник ЭДС, равной Е2, с внутренним (выходным) сопротивлением Rвых, которые остаются на частоте fo неизменными при E1 = const (или U1=const). Само измерение ведется по схеме рис.1.2, в которой предусмотрено изменение сопротивления нагрузки R_2H с помощью переключателя S2.

В положении 1 измеряется выходное напряжение U_2,1=R_2H1Е2/(R_ВЫХ + R_2H1), в положении 2 измеряется выходное напряжениеU_2,2= R_2Н2E2/(R_ВЫХ+R_2Н2) при неизменном Е1 (или U1). Из этих уравнений получаем R_ВЫХ = R_2H1 R_2Н2 (U_2,2-U_2,1) /(U_2,1 R_2Н2- U_2,2 R_2H1).(1.3)

Естественно, что в настоящем исследовании необходимо вести наблюдение формы выходного сигнала, и не допускать его заметного искажения.

 

1.4.4. Снятие амплитудной характеристики

Для измерения напряжений, определяющих амплитудную характеристику (АХ), используется схема рис. 1.2 в положении 2 переключателя S1 при f=fo.

На рис.1.3 показан вид ожидаемой характеристики, имеющей (до U_2max) линейную часть, а выше - нелинейную. Нелинейность начального участка АХ объясняется наличием внутренних помех U_{2 Ш}(шум, фон), измеряемых на выходе усилителя при отсутствии входного сигнала.

Измерение U₂ = f(U₁) можно начинать с U₁ = 0 и производить через равные значения приращения ΔU₁. Однако в этом случае трудно предугадать удобное числоотсчетных точек. Практически рекомендуется начинать отсчеты с точки U₁ =U_1MAXиU₂ =U_2MAX, методика нахождения которых изложена в п. 1.4.1.

Интервал от U_1MAXдо 0 целесообразно разбить на 4...5 частей, для которых отсчитывать U₂. При этом интерес представляет форма АХ и для значений U₁, несколько (на 30....50%) превышающих U_1MAХ..

 

1.4.5. Снятие амплитудно-частотной характеристики

График зависимости модуля коэффициента передачи от частоты К_E(f) называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). При построении АЧХ величина коэффициента передачи, выраженная в децибелах, откладывается по оси ординат в линейном масштабе, а частота f (когда граничные частоты f_в>>fн) по оси абсцисс - в логарифмическом.

На практике бывает удобно пользоваться нормированными характеристиками коэффициента передачи (усиления) в децибелах. Оба способа изображения АЧХ представлены на рис 1.4.

Рис 1.4. Амплитудно-частотная характеристика усилителя (а) и

её нормированное изображение (б);

 

Частоты и , отсчитываемые на уровне 3дБ, определяют полосу пропускания усилителя.

Необходимо отметить, что напряжение на выходе генератора может несколько меняться при изменении частоты сигнала, поэтому важно следить за постоянством выбранного уровня E₁=const (или U₁ = сonst ).

В области средних частот у исследуемых усилителей (кроме дифференцирующего и интегрирующего), К_Е(f) изменяется слабо вблизи f₀, что позволяет в этой области измерение выполнить на одной частоте. На крайних частотах U₁ изменяется более заметно, поэтому здесь целесообразно вести измерения при большем числе точек отсчета, вплоть до 0,1...0,25 от значения U₀₂, относящегося к средней частоте. Практически здесь достаточно получить 5...6 отсчетов в областях f<f₀ и f>f₀

Результаты измерения ирасчета нормированных значений коэффициента усиления по формуле К_Е(f),дБ=20lg U₂ (f)/U₂ (f0),(1.4)

заносятся в табл.1.2. Здесь U₂ (f0)= U₀₂

Табл.1.2.

 

1.4.6. Снятие переходной характеристики усилителя

Измерение параметров переходной характеристика (ПХ) ведется при подаче на вход усилителя напряжения прямоугольной формы, получаемого от того же генератора.

При симметричной прямоугольной форме входного напряжения (или ЭДС) (рис.1.5) период T=1/f=2t_и, откуда следует, что при частоте следования импульсов f длительность прямоугольного импульса t_и = Т/2 =1/2f.

На рис.1.6 показан вид ожидаемых осциллограмм в области малых времен (ОМВ) и в области больших времен (ОБВ) со значительно большей длительностью импульсов, чем для ОМВ.

В усилителях с корректирующими элементами, влияющими в области верхних частот, возможно возникновение выброса δ в ОМВ (штриховая линия на рис.1.6а). В ОБВ за счет присутствия в усилителе разделительных конденсаторов возникает неравномерность плоской вершины прямоугольного импульса Δ (рис.1.6, б).

 

Рис.1.6. Осциллограммы выходного напряжения усилителя:

t_и - длительность прямоугольного импульса, Т - период повторения импульсов,

t_н - время нарастания, δ - выброс, Δ - спад вершины импульса

 

На рис 1.7 показан вид ПХ для интегрирующего и дифференцирующего усилителей на 0У.

Для одновременного наблюдения за формой входного и выходного сигналов в лабораторной стойке используется двухканальный осциллограф. В соответствии со схемой рис. 1.2 с помощью соединительных шлангов на верхний луч (канал I) подается входной, а на нижний луч (канал ІІ) - выходной сигнал.

Рис 1.7. Осциллограммы выходного напряжения интегрирующего (а) и дифференцирующего (б) усилителей на ИС.

 

1.4.7.Измерение параметров, определяющих диаграмму мощностей

Основным параметров усилителей мощности (каскада усиления мощности) является номинальная выходная мощность [1]

P₂=U²₂/R_2H,(1.5),

где R_2H - сопротивление внешней нагрузки (рис. 1.2); P_H - мощность, создаваемая выходным транзистором (транзисторами); Р_ОК- мощность, потребляемая от источника питания, и P_К- мощность, рассеиваемая на коллекторе [2].

У однотактного трансформаторного каскада, транзистор которого работает в режиме А, потребляемая мощность

P_ок=P_н+P_к= U_кэ I_k,(1.6)

не зависит от уровня сигнала. При этом выходная мощность с учетом потерь в трансформаторе, КПД которого равен ɳ_Т будет равна

P₂=ɳ_ТP_H, (1.7)

Если выходной каскад исследуемого усилителя является двухтактным бестрансформаторным, то соотношение между мощностями зависят от вида источника питания и от наличия или отсутствия дополнительного резистора, не входящего в состав внешней нагрузки R_2H , например R_Э.

При питании от однополярного источника с напряжением Е_О потребляемая мощность равна

Р_ОК = Е_О I _Кср ,(1.8)

а в случае двухполярного источника с напряжениями ± Е_О --

Р_ОК=2Е_О I _Кср ,(1.9)

где I _Кср - среднее значение пульсирующего коллекторного тока (одного плеча) при работе в режиме В с углом отсечки θ=π/2, равного

I _Кср = U₂/ πR_2H,(1.10)

Независимо от вида источника питания

P_ок = P_н+2 P_к, (1.11)

При наличии резисторов R_Э в эммитерных цепях выходных транзисторов, работающих на внешнюю нагрузку с сопротивлением R_2H, соблюдаются соотношения:

P₂ = U²₂/R_2H, (1.12)

P₂ =(R_2H+R_Э)U²₂ / R²_2H, (1.13)

P_ок = (P_ОК - P_Н) / 2, (1.14)

При этом КПД выходных транзисторов (их коллекторной цепи)

ɳ_К= P_Н /P_ОК , (1.15)

а усилителя (с учетом влияния резистора R_Э)

ɳ = P₂ / P_ОК , (1.16)

Зависимости мощностей и КПД от уровня входного сигнала и сопротивления нагрузки приведены в [2].

 

 

II. ОПИСАНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: