Исследование усилителя постоянного тока

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