Задачи по схемотехнике. Методические указания для лабораторного практикума Новосибирск 2014 удк 681.(076)

• Название: Методические указания для лабораторного практикума Новосибирск 2014 удк 681.(076)
• Анкор: Задачи по схемотехнике
• Дата: 30.03.2023
• Размер: 6.82 Mb.
• Имя файла: Ð¡Ñ ÐµÐ¼Ð¾Ñ‚ÐµÑ Ð½Ð¸ÐºÐ°.doc
• Тип: Методические указания; #1025371
• страница: 7 из 14

8 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

«Исследование трансформаторного каскада на транзисторе»
8.1. Цель работы

Изучить свойства и особенности трансформаторного каскада на биполярном транзисторе с применением лабораторного макета и измерительного оборудования.
8.2. Подготовка к работе

8.2.1. Изучить следующие вопросы курса:

- использование трансформатора в качестве элемента связи;

- эквивалентные схемы трансформатора;

- выходной трансформаторный каскад усиления мощности в режиме «А»;

- трансформаторный каскад предварительного усиления;

- линейные и нелинейные искажения в трансформаторных каскадах;

- графоаналитический и аналитический методы расчета выходных каскадов.

8.2.2. Изучить принципиальную схему исследуемого усилителя (рис. 8.1), подготовиться к работе в лаборатории и составить рабочий листок для занесения в него результатов измерений.

8.2.3. Произвести расчеты:

- коэффициента трансформации n_опт, обеспечива­ющий оптимальную нагрузку для усилительного элемента и максимальную выходную мощность. Определить величину выходной мощности Р_н и мощности, рассеиваемой на коллекторе Р_н;

- коэффициента трансформации трансформатора n_согл обеспечивающий согласование усилительного элемента с нагрузкой и максимальный коэффициент усиления по мощности;

- коэффициента частотных искажений, вызываемых трансформатором на верхней и нижней граничных частотах усилителя: f_н = 100 Гц; f_в = 20 кГц,

ис­пользуя следующие исходные данные: параметры трансформатора: L₁=3 Гн; L_s=0.015 Гн; r₁ = 180 Ом; _тр=0,7  0,9; режим покоя транзистора: U_кэ0= 10 В; i_к0 = 5мА; выходное сопротивление транзистора R_вых.э = 12 кОм .

Литература:

1. Травин Г.А. Схемотехника устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Уч. пособие для вузов. М.: Горячая линия-Телеком, 2005.

3. Конспект лекций.

4. Приложение 8.
8.3. Описание исследуемого усилителя

Схема исследуемого усилителя приведена на рисунке 8.1. В исследу­емом усилителе транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Ре­зисторы R1, R2 и R3 обеспечивают заданное значение смещения и ста­бильность тока покоя. Конденсатор C1 - разделительный. Конденса­тор С2 позволяет устранить снижение усиления сигнала из-за ООС по переменному току. Сопротивление внешней нагрузки R_н связано с кол­лекторной цепью транзистора через трансформатор TP.1. Посредством переключателя S2, позволяющим подключить внешнюю нагрузку R_н к различным отводам вторичной обмотки трансформатора, можно получить следующие значения коэффициента трансформации: 0,06; 0,1; 0,15; 0,25; 0,33.

Сигнал от генератора подводится к входной цепи усилителя через резистор R_ист, который является эквивалентом сопротивления ис­точника сигнала. С помощью переключателя S1 можно измерить либо Э.Д.С. источника сигнала Е_ист, либо напряжение на входе усили­теля U_вх. К выходным зажимам усилителя подключаются второй вольт­метр и осциллограф.




Рисунок 8.1. Трансформаторный каскад на транзисторе
8.4. Задание к работе в лаборатории

8.4.1. Исследовать зависимость максимальной выходной мощности каскада от коэф­фициента трансформации выходного трансформатора.

8.4.2. Исследовать зависимость коэффициента усиления по мощности каскада от коэффициента трансформации трансформатора.

8.4.3. Снять частотную характеристику трансформаторного каскада для коэффициента трансформации n_опт, значение которою най­дено в п. 8.4.1.

8.5. Порядок выполнения работы

8.5.1. Подключить к исследуемому усилителю измерительные приборы. Генератор к входу 2, вольтметр – к входу 1.

8.5.2. Включить питание учебной стойки и измерительных приборов. Проверить напряжение источника питания усилителя «– 15 В».

8.5.3. Исследовать зависимость максимальной выходной мощности усилительного каскада от коэффициента трансформации выходного трансфор­матора P_н = f₁(n).

Для этого на частоте 1000 Гц снять зависимость максимально­го неискаженного выходного напряжения (U_{вых ном}) от коэффициента транс­формации. При этом уровень входного сигнала следует устанавли­вать для каждого значения коэффициента трансформации по началу появления заметных искажений формы синусоидального сигнала на выходе.

По известному постоянному сопротивлению нагрузки и измерен­ным величинам выходного напряжения рассчитать и построить зави­симость P_н = f₁(n), на основе которой определить значение n_опт, со­ответствующее максимальной мощности каскада. Сравнить получен­ное значение n_опт с расчетным.

8.5.4. Исследовать зависимость коэффициента усиления по мощности трансформаторного каскада от коэффициента трансформации транс­форматора K_м =f₂(n).

Для этого на частоте 1000 Гц снять зависимость выходного напряжения каскада от коэффициента трансформации при постоян­ном значении входного напряжения каскада. Значение напряжения на входе каскада выбрать не более 0,5U_вх.ном при n = 0,06.

При расчетах коэффициента усиления по мощности принять вход­ное сопротивление транзистора равным 200 Ом. Построить зависи­мость K_м =f₂(n).

Определить значение n_согл, соответствующее максимальному коэффициенту усиления по мощности, сравнить его с расчетным значением.

8.5.5. Снять сквозную частотную характеристику каскада U_вых(f) для n_опт. Э.Д.С. источника сигнала Е_ист необходимо поддержи­вать постоянной, не выше 0,5E_{ист ном}, найденного для значения n_опт. Рекомендуемые частоты:

60, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10 000, 20 000, 40 000 Гц, 80 000 Гц.

8.6. Содержание отчета

8.6.1. Принципиальная схема исследуемого усилителя с указанием обозначений и номинальных величин элементов.

8.6.2. Результаты предварительного расчета.

8.6.3. Таблицы с экспериментальными данными.

8.6.4. Графики полученных зависимостей максимальной выходной мощности неискаженного сигнала и коэффициента усиления по мощности от коэф­фициента трансформации выходного трансформатора.

8.6.6. График нормированной сквозной частотной характеристики Y^* = .

8.6.7. Выводы по результатам сравнения экспериментальных данных и предварительного расчета с объяснением формы полученных зависимостей.
8.7. Контрольные вопросы

8.7.1. Достоинства, недостатки и области применения трансформатор­ного каскада. Назначение трансформатора.

8.7.2. Сквозная динамическая характеристика транзисторного каска­да. Возникновение нелинейных искажений в каскаде.

8.7.3. Режимы «А», «В». Сущность, достоинства и недостатки каждого режима, области использования.

8.7.4. Начертить схему трансформаторного каскада с ОЭ и с эмиттерной стабилизацией режима. Показать пути прохождения постоянных в переменных составляющих входного и выходного токов.

8.7.5. Отличия условий работы транзистора в каскаде усиления мощ­ности от условий в каскаде предварительного усиления (по посто­янному току).

8.7.6. Какие последствия вызывает уход точки покоя при повышении температуры в трансформаторном каскаде? Сравнить с резисторным каскадом.

8.7.7. Как при расчете трансформаторного каскада выбирается точка покоя, сопротивление нагрузки переменному току, величины вход­ного и выходного сигналов? Сравнить выходной каскад с каскадом предварительного усиления.

8.7.8. Эквивалентная схема трансформатора. Частотная характеристи­ка трансформаторного каскада.

8.7.9. Что такое «оптимальная нагрузка»? Объяснить зависимость P_н = f₁(n) с применением выходных характеристик транзистора и нагрузочных прямых по переменному току.

8.7.10. Что такое «режим согласования»? Объяснить зависимость K_м=f₂(n).

8.7.11. На семействе выходных статических характеристиках транзистора изобразить нагрузочные линии по постоянному и переменному току. Показать максимальные амплитуды переменных токов и напряжений. Пояснить расчет коэффициента полезного действия транзистора, работающего в режиме «А».

8.7.12. Из каких соображений выбирается коэффициент трансформации в каскаде предварительного усиления (при трансформаторной связи с источником) и в выходном каскаде (при трансформаторной связи с нагрузкой)?