Исследование индукционной системы синхронной связи

УДК 621.3

М 545

 

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Элементы и функциональные устройства автоматики»/ Разраб. А.А. Гилёв, В.С. Миронов. – Севастополь: Изд–во СевНТУ, 2012. – 55 с.

 

Цель методических указаний состоит в оказании помощи студентам при выполнении лабораторных работ по дисциплине "Элементы и функциональные устройства автоматики", при закреплении теоретических знаний, развитии навыков экспериментальных исследований; приобретении студентами навыков грамотного оценивания технических характеристик, эксплуатационных свойств элементов и устройств судовой автоматики.

 

Методические указания утверждены на заседании кафедры Судовых и промышленных автоматизированных систем, протокол № 6 от 7 марта 2011 г.

 

Рецензент: Чмут В. В. канд. техн. наук, доцент

 

 

Допущено Научно–методическим центром СевНТУ в качестве методического указания

 

 

Содержание

Стр.

Общие указания

Лабораторная работа №1

Лабораторная работа №2

Лабораторная работа №3

Лабораторная работа №4

Лабораторная работа №5

Лабораторная работа №6

Лабораторная работа №7

 

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

Тематика данных лабораторных работ включает вопросы, связанные с изучением и исследованием элементной базы, датчиков, преобразовательных, усилительных и исполнительных устройств систем судовой электроники и автоматики.

Лабораторные работы выполняются по цикловому методу группой, состоящей из двух–трех студентов. При подготовке к выполнению работы студенты обязаны проработать теоретический материал, относящийся к данной работе. В рабочей тетради составить план проведения работы, таблицы для записи результатов измерений, принципиальную схему исследований. Перед началом работы руководитель проводит контрольную проверку готовности студентов к выполнению работы.

На основе записей, в рабочей тетради составляется отчет. Вопросы контроля необходимо отразить в отчете, указав в описании лабораторной работы. Отчет оформляется на развернутых листах бумаги стандартного размера. Титульный лист каждого отчета должен иметь наименование университета, кафедр и номер учебной группы, а так же название работы, фамилию студента и руководителя, дату проведения работы.

Защита лабораторных работ может проводиться группой, с индивидуальным опросом каждого студента, или каждым студентом отдельно.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СИНХРОННОЙ СВЯЗИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследовать характеристики индукционной системы синхронной связи при работе сельсинов в индикаторном и трансформатором режимах.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Сельсинами называют специальные электрические машины переменного тока. Обмотка возбуждения сельсина (рисунок 1) питается от сети переменного тока с напряжением

Магнитный поток возбуждения Ф_в будет изменяться по гармоническому закону со сдвигом по фазе на 90° относительно U_в

Переменный магнитный поток обмотки возбуждения наводит ЭДС взаимоиндукции в фазах обмотки синхронизации, действующие значения которых равны:

,

где α – угол поворота ротора;

Е_m – наибольшее действующее значение ЭДС.

Полученные выражения позволяют сделать следующие выводы:

1 За один оборот ЭДС каждой фазы обмотки синхронизации дважды обращается в нуль. Это объясняется тем, что за один оборот ротора каждая фаза дважды располагается под прямым углом к обмотке возбуждения.

2 При угле между обмоткой возбуждения и каждой фазой, равном 90°, происходит изменение сдвига соответствующей ЭДС по фазе на 180°, что связано с изменением направления пересечения магнитным потоком витков фаз обмотки синхронизации.

Сельсины работают парно и, в зависимости от того, как включены их статорные и роторные обмотки, могут работать в индикаторном или трансформатором режимах.

Индикаторный режим используется для дистанционной передачи угловых перемещений при незначительном моменте сопротивления. В судовых автоматических системах этот режим применяется в машинных телеграфах, указателях положения пера руля, указателях направления вращения главных судовых дизеле, репитерах гирокомпаса.

Трансформаторный режим работы сельсинов применяется для дистанционной передачи угловых перемещений при значительном моменте сопротивления.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Принципиальная электрическая схема системы приведена на рисунке 2, а расположение ее элементов на панели стенда показано на рисунке 3.

Лабораторный стенд позволяет исследовать характеристики индукционной системы при работе сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.

Синхронизирующие обмотки ротора сельсина датчика (ВС), снабженные ручным приводом 1 для измерения угла α положения ротора с точностью до 1/100 части окружности, и сельсина–приемника (BE) с механизмом фиксации 2 ротора этого сельсина, соединены синфазно.

При включении тумблера S1 напряжение 110 В, 50 Гц подается через предохранитель F1 на схему установки. Режим работы сельсинов устанавливается тумблером S2, а величина выходного напряжения BE измеряется вольтметром рV, включенным к статорной обмотке BE через выпрямительный мост VD1 – VD4. При этом включение нагрузочных сопротивлений R1, R2, R3 осуществляется тумблером S3, а изменение их значений переключателем S4.

 

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать следующие разделы.

1 Титульный лист

2 Цель работы.

3 Краткое описание принципа работы сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.

4 Принципиальную схему установки с перечней оборудования и приборов, использованных в работе.

5 Таблицы с экспериментальными данными, графические зависимости при различных построенные по данным таблиц, осциллограммы формы кривой напряжения при различных R.

6 Выводы по работе.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Принцип действия сельсина.

2 Индикаторный режим работы сельсинов.

3 Трансформаторный режим работа сельсинов.

4 Сравнительная характеристика исследуемых режимов работы.

5 Основные элементы схемы установки.

 

БИБЛИОГРАФИЯ

1 Хайкин А.Б. Элементы судовой автоматики: Учеб. пособие /А.Б. Хайкин, Н.Е. Жадобин – Л.: Судостроение, 1982. – 376 с.

Рисунок 1

 

 

Рисунок 2

 

Рисунок 3

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с принципом работы и конструкцией магнитного усилителя (МУ) и снять опытным путем зависимость тока нагрузки (I_н) от тока управления (I_y):

1. При отсутствии обратной связи и смещения.

2. С внутренней обратной связью, но без смещения.

3. С внешней обратной связью, но без смещения.

4. При наличии смещения и без обратной связи или с внугренней обратной связью или с внешней обратной связью.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Магнитный усилитель, как и усилители других типов, представляют собой устройства, которые при относительно малой мощности управления позволяют управлять большой мощностью нагрузки.

В простейшем случае МУ представляет собой обычный дроссель с подмагничиванием его сердечника постоянным магнитным потоком. Его рабочая обмотка, как правило, включается последовательно с нагрузкой, а обмотка управления подсоединяется к источнику постоянного тока

Зависимость тока нагрузки от тока управления называют характеристикой вход–выход или статической характеристикой усилителя.

В магнитных усилителях широко применяются внешняя и внутренняя обратные связи. Внешняя обратная связь выполняется с помощью дополнительной обмотки, намотанной на сердечник усилителя, по которой протекает выпрямленный ток нагрузки. Внутренняя обратная связь не требует дополнительной обмотки и реализуется путем включения вентилей в цепи рабочей обмотки.

Обратная связь может быть положительной или отрицательной. Для положительной обратной связи при коэффициенте обратной связи K_oc >1.0 характерен релейный режим работы МУ, который характеризуется скачкообразным изменением тока в цепи нагрузки.

Смещение в МУ, так же как и в полупроводниковых усилителях применяется для перемещения характеристики I_н=f(I_у)

параллельно самой себе вдоль оси абсцисс. Выполняется смещение обычно с помощью дополнительной обмотки, которая охватывает сердечник. На обмотку смещения подается постоянный по величине ток.

Для работы в судовых системах автоматического регулирования и управления выпускаются усилители серии ТУМ и УМП.

Магнитные усилители серии ТУМ (тороидальный усилитель магнитный) изготавливаются пяти габаритов на напряжение 36, 110, 127, 220 В. Все исполнения усилителей этой серии выполнены на двух ленточных сердечниках тороидальной формы, изготовленных из холоднокатаной текстурированной стали. На каждом сердечнике намотано по две рабочих катушки с самостоятельными выводами. Соединение их может быть выполнено как последовательно, так и параллельно. Семь обмоток управления охватывают оба магнитопровода, начала и концы обмоток пронумерованы: I_н – I_к и тому подобное.

 

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

Схема для исследования магнитного усилителя типа ТУМ A3–11 приведена на рисунке 4, а расположение элементов на лицевой панели на рисунке 5: МУ – магнитный усилитель; S5 – тумблер, для подключения обмоток управления и смещения к источнику постоянного тока; R_н – сопротивление нагрузки; S1 – тумблер, позволяющий включить и выключить внутреннюю обратную связь; VD5, VD6 – проводниковые диоды внутренней обратной связи; VD1 ÷ VD4 – полупроводниковый диодный мост внешней обратной связи; R1 и R2 – потенциометры, позволяющие изменять величину тока в катушке управления и смещения; S3 и S4 – тумблеры в цепях управления и смещения, соответственно позволяющие менять направления тока в обмотках управления (L)и смещения (L_см); pA3, pA2, pA1 – амперметры для изменения тока нагрузки, управления и смещения соответственно; S6 – тумблер для отключения питания в цепи смещения; S7 – тумблер подачи питания в рабочей цепи; F1 – предохранитель; сеть – EL – электрическая лампа, сигнализирующая о наличии питания в рабочей цепи.

Для выполнения работы включить 220 В 50 Гц на 12 В пост. тока.

 

ПРОГРАММА РАБОТЫ И ПОРЯДОК

ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

1 Ознакомиться с устройством и принципом работы магнитного усилителя. Изучить схему установки для исследования МУ.

2 Снять статическую характеристику МУ без обратной связи и без смещения. Для этого необходимо:

2.1 Установить тумблеры S1, S2, S3, S4 и S6 в нижнее положение, т.е. «выкл.», а потенциометры R1 и R2 в крайнее левое

положение.

2.2 Включить тумблер «вкл.» и S3

2.3 Изменяя с помощью потенциометра R1 ток управления I_уп

от нуля до величины, при которой его изменение уже не оказывает влияние на состояние МУ, замерить соответствующие каждому значению I_уп токи загрузки I_н, и записать их в таблицу 3.

2.4 Тумблер S3 перевести в положение (+) и повторить пункт 2.3.

2.5 Установить все тумблеры и потенциометры в исходное состояние (п. 2.1).

Таблица 3

+Iyп
–Iyп
Iн	+
–

 

3 Снять статическую характеристику МУ с внутреннеей обратной связью и без смещения.

3.1 Включить тумблеры "вкл" S5, S1 и S2

3.2 Повторить пункты 2.3 и 2.4 и данные завести в таблицу 4.

3.3 Установить все тумблеры и потенциометры в исходное положение

Таблица 4

+Iyп
–Iyп
Iн	+
–

 

4 Снять статическую характеристику МУ с внешней обратной связью без смещения.

4.1 Включить тумблеры «вкл.», S2, S5.

4.2 Повторить пункты 2.3 и 2.4 и данные занести в таблицу 5.

4.3 Установить тумблеры и потенциометры в исходное состояние.

Таблица 5

+Iyп
–Iyп
Iн	+
–

 

5 Снять одну из характеристик п.п. 2, 3, 4. (по указанию преподавателя) со смещением, для чего:

5.1 Включить тумблеры ВКЛ., S5, S6.

5.2 Тумблер S4 переключается также как и S3 в предыдущем случае.

5.3 Потенциометром R2 установить (заданное преподавателем) значение тока смещения по амперметру рА2.

5.4 Повторить известную процедуру снятия характеристик и данные занести в таблицу 6

5.5 Установить все тумблеры и потенциометры в исходное состояние.

Таблица 6

+Iyп
–Iyп
Iн	+
–

 

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать следующие разделы.

1 Цель работы.

2 Краткое описание принципа работы МУ,

3 Принципиальную схему установки с перечнем оборудования и приборов, использованных в работе.

4 Таблицы с экспериментальными данными и графические зависимости I_н=f(I_уп) построенные по данным таблиц.

5 Выводы по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Принцип действия магнитного усилителя.

2 Влияние обратной связи на характеристики магнитного усилителя.

3 Влияние смещения на характеристики магнитного усилителя.

4 Достоинства и недостатки магнитного усилителя.

БИБЛИОГРАФИЯ

1.Хайкин А.Б. Элементы судовой автоматики: Учеб пособие/ А.Б. Хайкин, Н Е. Жадобин – Л.: Судостроение, 1982. – 376 с.

2 Тищенко Н.М. Проектирование магнитных полупроводниковых элементов автоматики. 2–е изд. перераб. и доп. – М: Энергия, 1979. – 472 с.

Рисунок 4

 

Рисунок 5

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с принципом работы и схемой усилителя постоянного тока и снять опытным путем его основные характеристики и параметры.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Усилителем постоянного тока (УПТ) называется устройство, предназначенное для усиления медленно изменяющихся электрических колебаний, в том числе постоянных входных сигналов (нулевой частоты) с сохранением формы кривой усиливаемого сигнала.

Различают две разновидности УПТ: с непосредственным усилением сигнала постоянного тока и предварительным преобразованием (модуляцией) сигнала постоянного тока в переменный, усилением его и последующей демодуляцией.

В усилителях первого типа (с непосредственным усилением сигнала) применяют гальваническую (реостатную) связь между каскадами, и также между источником сигнала и нагрузкой. Связь между каскадами таких усилителей осуществляется при помощи отдельных источников постоянного тока или делителей постоянного тока или делителей напряжения. Индивидуальные батареи связи (например, конденсаторы) и делители приходится вводить в усилитель постоянного тока из–за того, что элементы цепи связи одновременно являются элементами схемы, задающими режим работы транзисторов.

В усилителях с реостатной связью изменение напряжения питающих батарей, изменение параметров транзисторов или резисторов в схеме приводит к изменению сигналов на выходе, которое невозможно отличить от изменений выходного сигнала, вызнанных полезным сигналом на входе. Такие изменения напряжения на выходе при постоянном входном сигнале, отнесенные ко входу, называют уходом (дрейфом) нуля усилителя. Дрейф нуля определяет наименьший входной сигнал, при котором может работать усилитель, и является одним из существенных недостатков УПТ.

В УПТ на транзисторах дрейф нуля определяется, прежде всего, температурными изменениями параметров транзисторов, и, если не принять специальных мер по температурной стабилизации, изменение выходного тока может достигать ± 100% при изменении температуры на ± 20 °С.

Все способы стабилизации связаны с усложнением схем УПТ и их производства. Поэтому в УПТ, предназначенных для усиления входных сигналов низкого уровня, часто применяют предварительную модуляцию входного сигнала с постоянной частотой. Это дает возможность использовать обычные усилители переменного тока с реостатно–емкостной или трансформаторной связью, в которых изменение параметров УПТ, источников питания и других элементов схемы приводит только к изменению коэффициента усиления, но не вызывает дрейфа нуля. Частоту модуляции выбирают в зависимости от максимальной скорости изменения входного сигнала и требуемой точности воспроизведения его формы на выходе.

 

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

Схема для исследования усилителя постоянного тока приведена на рисунке 6, а расположение элементе на лицевой панели на рисунке 7, На этих схемах обозначено: «Сеть» – тумблер для включения стенда; «Вкл» – сигнальная лампочка сети; S6 – тумблер для подключения вольтметра к цени питания усилителя; S1 тумблер для подключения усилителя к источнику си і нала или к корпусу; S3 – тумблер для подключения второго каскада к выходу первою или к корпусу; S4 – тумблер дня подключения цепи нагрузки к выходному каскаду усилителя; «U_вх 10 ÷ 50 мВ», «U_вх 20 ÷ 0,5 мВ» — ручки потенциометров для регулировки уровня выходного сигнала; «E_к» ручки потенциометров для регулировки питающего напряжения усилителя; «R_н 1 ÷ 10 кОм» — ручки потенциометров для регулировки сопротивления нагрузки, «– Ек» вольтметр для изменения питающих напряжений; «R_св» – ручка потенциометра для регулировки сопротивления цепи связи между вторым и третьим каскадами; «R_э12» и «R_э34» – ручки потенциометров для регулировки межэмиттерных связей первого и второго каскадов, соответственно; «R_г» – ось базового переменного резистора для согласования каскада с внутренним сопротивлением источника сигнала; Х1 ÷ Х20 – гнезда для контроля параметров в характерных точках системы усилителя.

 

ПРОГРАММА РАБОТЫ И ПОРЯДОК

ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

 

1 Ознакомление с устройством и принципом работы усилителя постоянного тока. Изучить схему установки для исследования усилителя.

2 Подготовить установку к работе, для чего:

2.1 Тумблеры, переключатели, ручки регулировки установить в начальные положения (выключено):

– тумблеры, сориентированные вертикально – вниз;

– переключатели и ручки регулировки – в левое крайнее положение.

2.2 Включить тумблер «Сеть», при этом должна загореться – лампочка сигнализации «вкл.».

3 Осуществить балансировку усилительных каскадов, для чего:

3.1 Включить тумблер S6 в положение «–Ек» и потенциометром « Ек » установить по вольтметру pV1 – 15В.

3.2 Тумблером S1 отключить вход усилителя от источника сигнала. 4

3.3 Включить милливольтметр к гнездам Х2 и Х3.

3.4 Ручкой регулировки общеэмиттерного резистора «R_э12» добиться нулевого потенциала между коллекторами транзисторов первого каскада.

3.5 Тумблером S3 отключить второй усилительный каскад.

3.6 Включить милливольтметр к гнездам Х11 и Х13.

3.7 Ручкой регулировки сопротивления цепи связи «R_св» добиться нулевого потенциала на коллекторе выходного каскада.

3.8 Тумблера S3 соединить первый и второй каскады.

3.9 Ручками R_э12, «R_э34 и R_св произвести балансировку всей схемы. Добиваться нулевого потенциала на выходе. Минимальное значение потенциала записать в отчете.

4 Замерить потенциалы коллекторов, эмиттеров и фаз всех траизисторов относительно земли и данные занести в таблицу 7.

Таблица 7

№транз	VT1	VT2	VT3	VT4	VT5
Параметры
Uк
Uэ
Uб

5 Определить дрейф нуля, для чего:

5.1 Сбалансировать весь усилитель согласно п.3.

5.2 Включить милливольтметр к гнездам X11 и Х13.

5.3 Изменить величину напряжения питания транзисторов, фиксировать величину дрейфа нуля и данные занести в таблицу 8.

Таблица 8

Eк
Uдр

6 Снять амплитудную характеристику усилителя, для чего:

6.1 Сбалансировать усилитель согласно п.3,

6.2 Включить тумблеры S1 и S3.

6.3 Подсоединить милливольтметры к клеммам Х2 и X13, Х11 и Х13.

6.4 Изменяя входное напряжение, ручкой U_вх фиксировать значения выходного напряжения и данные занести в таблицу 9.

7 Повторить п.6 при включенной нагрузке и данные занести в таблицу 9.

Таблица 9

Rн = 0	Uвх
Uвых
Rн ≠ 0	Uвх
Uвых

 

8 Снять предельные значения U_вх и U_вых для каждого из каскадов и данные занести в таблицу 10. Таблица 10

Таблица 10

I каскад	Uвх,В
Uвых,В
II каскад	Uвх,В
Uвых,В
III каскад	Uвх,В
Uвых,В

 

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1 Цель работы

2 Краткое описание принципа работы усилителя постоянного тока

3 Принципиальную схему установки с перечнем оборудования и приборов, используемых в работе.

4 Таблицы с экспериментальными данными и графические зависимости, построенные по данным таблиц.

5 Вычислить для всех транзисторов:

– разности потенциалов между базой и эмиттером (U_бэ) и между коллектором и эмиттером (U_кэ)

– токи покоя по формуле

6 Определить коэффициент усиления каскадов, усилителя в целом и коэффициент передачи цепочки связи между вторым и третьим каскадами:

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Принцип действия транзистора.

2 Почему в первом и втором каскадах используется параллельное соединение транзисторов?

3 Принцип действия первого каскада.

4 Принцип действия всего усилителя.

 

БИБЛИОГРАФИЯ

1 Майоров B.C. Усилительные устройства на лампах, транзисторах и микросхемах/В.С Майоров, С.В Майоров – М.: Искусство, 1982. – 168 с,

2 Тищенко Н.М Проектирование машинных полупроводниковых элементов автоматики. 2–я изд. перераб. и доп.–М.: Энергия, 1979. – 472 с.

3 Ленк Д.Т. Справочник по современным твердотельным

усилителям. Пер. с англ. – М.: Мир, 1977. – 500 с.

 

Рисунок 6

Рисунок 7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомить с принципом работы и схемой транзисторного усилителя низкой частоты и снять опытным путем амплитудную и частотную характеристики усилителя.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В современных судовых автоматических системах в качестве оконечных каскадов усилителей широкое применение находят транзисторные усилители.

Развитие полупроводниковой техники позволяет в настоящее время разработать мощные (до нескольких киловатт) транзисторные усилители.

На рисунке 8 приведена схема простейшего однокаскадного усилителя низкой частоты. На входе и выходе каскада включены разделительные конденсаторы С1 и С2 для предотвращения протекания постоянного тока от помех внешних цепей Шунтирующий конденсатор C_э, включенный параллельно эмиттерному резистору R_э, обеспечивает температурную стабильность каскада по постоянному току и одновременно позволяет увеличить усиление. Входной сигнал подается на вход усилителя относительно земли и выделяется на резисторе R2. Смещение в эмиттерной цепи обеспечивается делителями напряжения R1 и R2.

Приращение тока базы создает пропорциональное приращение тока коллектора. Выходным сигналом каскада является потенциал коллектора относительно земли.

Если необходимо обеспечить коэффициент усиления по напряжению больше 20, то можно включить два или три каскада последовательно (подключая выход предыдущего в к входу последующего)

Судить о качестве усилителя и пригодности его для тех или иных целей можно по следующим основным параметрам:

 

– номинальная выходная мощность (P_ном) – это мощность, выраженная в ваттах или милливаттах, отдаваемая усилителем с нагрузку, при которой нелинейные искажения соответствуют заданным;

– чувствительность, под которой принято принимать то напряжение сигнала в милливольтах, которое необходимо подавать на вход усилителя, чтобы получить на нагрузке номинальную выходную мощность, она равна приблизительно 10–200 мВ;

– частотная характеристика усилителя – это зависимость напряжения выходного сигнала от частоты при неизменном входном напряжении (U_вх);

– амплитудная характеристика усилителя – это зависимость выходного напряжения усиливаемого сигнала от входного напряжения, измеренная на частоте 1000 Гц (1кГц)при постоянной нагрузке R_H.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

Принципиальная схема двухкаскадного усилителя низкой частоты приведена на рисунке 9, а расположение элементов на передней панели – на рисунке 10.

Первый каскад выполнен на транзисторе VТІ (КТЗ15Г), второй – на транзисторе VT2 (КТЗ15В). На вход усилителя сигнал от генератора низкой частоты подается через один из двух разделительных конденсаторов Ср1 и Ср2, переключаемых тумблером S1. Цепь базы питается через делитель, состоящий из резисторов R_б1, R_б2 и R_б3. Подстроечный резистор R _б З необходим дня выбора рабочей точки при смене транзистора VT1, а также для получения максимального влияния положительной обратной связи с эмиттерного сопротивления в базу транзистора VT1 через конденсатор С_ос2 и тумблер S2. С коллектора VT1 часть напряжения подается через цепь отрицательной обратной связи С_ос1, R_ос1 на базу VT1. Переменный резистор R_осl позволяет изменить коэффициент передачи звена обратной связи при исследовании амплитудной и амплитудно–частотной характеристик.

В цепь эмиттера VT1 через переключатель S4 могут подключаться блокировочные конденсаторы С1 и С2, которые устраняют влияние отрицательной обратной связи, возникающее на эмиттерных сопротивлениях, их величины позволяют изменить коэффициент усиления, a также влиять на частотные свойства усилителя. Коллекторное питание подается на первый каскад через фильтр, состоящий из резистора R_ф и конденсатора С_ф. Напряжение питания первого каскада составляет 12 В. С коллекторной нагрузки VT1 сигнал снимается через один из разделительных конденсаторов С_р3 и С_р4, величины которых выбраны так, чтобы показать их влияние на частотные характеристики усилителя при их исследовании.

Далее сигнал через тумблер S3 поступает на переменный резистор R_н1, являющийся нагрузкой каскада и регулятором усиления. С резистора R_н1 сигнал через разделительный конденсатор поступает на вход второго каскада усиления. Базовая цепь VT1 питается через делитель, состоящий из резисторов R_б4, R_б5. Подстроечный резистор R_б5 служит для выбора рабочей точки транзистора. В эмиттерную цепь через переключатель S6 подключается один из двух шунтирующих конденсаторов С_э3, С_э4, назначение которых аналогично С_э1 и С_э2. Между эмиттером VT1 и VT2 может быть включена цепь положительной обратной связи, состоящая из резисторовR_ос2 и конденсатора С_ос4. Влияние цепи обратной связи на характеристики усилителя будет проявляться при отсутствии блокировочных конденсаторов в цепях эмиттеров VT1 и VT2. Между коллектором и базой VT2 может бытьвключена цепь отрицательной обратной связи, состоящая из, конденсатора С_ос3 и переменного резистора R_ос3. Назначение ее аналогично цепи С_ос1 и R_ос1. Переменный резистор R_ос3 предназначен для изменения коэффициента передачи звена обратной связи. С коллекторной нагрузки VT1 сигнал подается через один из разделительных конденсаторов С_р6 и С_р7 посредством тумблера S5, назначение которых аналогично С_р3 и С_р4 переключатель S7 подключает емкостную (С_н) или активную (R_н) нагрузку усилителя.

ПРОГРАММА РАБОТЫ И ПОРЯДОК

ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

 

1 Ознакомиться с устройством и принципом работы каскадов транзисторного усилителя низкой частоты. Изучить схему установки для исследования усилителя.

2 Подготовить стенд к работе для чего:

2.1 Выключатели, переключатели и ручки управления установить в исходное положение:

– выключатели вертикального действия – вниз;

выключатели горизонтального действия – в левое крайнее положение;

– переключатели и ручки регулировки – в среднее положение.

2.2 Клемму заземления, расположенную на кронштейне под крышкой на задней стенке, соединить с контуром общего заземления.

2.3 Используя соединительные провода, обеспечить:

– соединение генератора низкой частоты (гнезда ”1:1” и ”земля” с входом первого усилительного каскада (гнезда X1 и ”земля”);

– соединение входного милливольтметра к входу первого каскада усилителя (гнезда XI и ”земля”);

– соединение выходного милливольтметра к выходу первого каскада (гнезда ”Х3 ” и ”земля”);

– подключить частотомер к выходным гнездам (”1:1” и ”земля”) генератора низкой частоты.

2.4 Включить тумблер "Сеть" установки и измерительных приборов.

2.5 Включатель E_к установить в положение E_к1 и ручкой E_к* установить по вольтметру pV напряжение 24 В.

3 Снять амплитудную характеристику первого каскада усилителя без обратной связи, для чего:

3.1 Установить частоту генератора низких частот, равную 1000Гц, используя переключение грубой регулировки частоты на предел 0,2 ÷ 2 кГц и доводку потенциометром точной регулировки.

3.2 На частоте 1000 Гц приизменении входного сигнала с помощью потенциометра U_вых генератора фиксировать значение напряжения по выходному милливольтметру и данные занести в

таблицу 11.

3.3 Повторить пункт 3 для E_к = 18 В, и E_к = 12 В и данные занести в таблицу 11.

Таблица 11 (f =1000 Гц)

Uвх, мВ
Uвых, В при Eк = 24 В
Uвых, В при Eк = 18 В
Uвых, В при Eк = 12 В

 

3.4 Повторить пукт 3 при включенном потенциометре R_oc1 (включить S1) и данные занести в таблицу 12.

3.5 Установить R_oc1 в крайнее левое положение, включить тумблер S2 и повторить пункт 3, данные занести в таблицу

3.6 Включить R_oc1 и S2 и повторить п. 3, а данные занести в таблицу 12.

 

Таблица 12 (Ек = 24 В, f = І000 Гц)

Uвх, мВ
Uвых, В при S1 вкл., Roc1 вкл.
Uвых, В при S2 вкл., Roc1 = 0
Uвых, В при S2 вкл., Roc1 ≠ 0

 

4 Снять частотную характеристику усилителя, для чего:

4.1 Выполнять пункт 2.

4.2 Потенциометром U_вых генератора устанавливается предельное значение напряжения U_вх усилителя, которое в дальнейшем поддерживается постоянным на всех частотах.

4.3 Переключателем грубой регулировки частоты и потенциометром точной регулировки изменять частоту в пределах,

указанных на панели, при этом, фиксируя значение выходного напряжения каскада усилителя и данные занести в таблицу 13.

4.4 Повторить пункт 4.3 при включении потенциометра Rос1 и данные занести в таблицу 13.

4.5 Установить R_ос1 в крайнее левое положение, включить тумблер S2, повторить пункт 4.3 и данные занести в таблицу 13.

4.6 Включить R_ос1 и переключатель S2 и повторить пункт 4.3, а данные занести в таблицу 13.

 

Таблица 13 (U_вх = const)

f, Гц
Uвых, при Roc1 = 0, S2 = 0
Uвых, при Roc1 ≠ 0, S2 = 0
Uвых, при Roc1 = 0, S2 ≠ 0
Uвых, при Roc1 ≠ 0, S2 ≠ 0

 

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать следующие разделы.

1 Цель работы.

2 Краткое описание принципа работы каскада усилителя низкой частоты.

3 Принципиальную схему установки с перечнем оборудования и приборов, использованных в работе.

4 Таблицы с экспериментальными данными и графики амплитудных Uвых = f(Uвх) при f = const и частотных Uвых = f(f) при Uвх = const характеристик каскада усилителя.

5 Разработать методику исследования второго каскада усилителя по указанию преподавателя.

 

Рисунок 8

 

 

Рисунок 9