Лабораторные работы_рус РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

U c 1 (T )

U 0

тем меньше, чем больше постоянная времени τ=RHC. Так как сопротивление нагрузки обычно бывает задано, то для увеличения τ можно увеличивать емкость С. Однако чрезмерное увеличение емкости сопровождается ростом тока заряда, что опасно для диода. Действительно, если θ представляет собой выраженный в угловых единицах отрезок времени, в течение которого протекает ток через диод, то из рисунка видно, что время разряда при большой емкости несколько больше половины периода, а значит, θ составляет малую долю периода. И оно тем меньше, чем больше время разряда. Это означает, что чем меньше θ, тем больше амплитудный ток заряда и круче кривая заряда. Учитывая, что Imθ = I0π имеем Im/I0= π/θ т.е. чем меньше θ (больше емкость), тем больше Im (при постоянной I0).При заданной же емкости в работе можно снять зависимость θ от тока нагрузки, то есть меняя RH меняем ток нагрузки и постоянную разряда τ (а значит и θ). Угол θ носит название угла отсечки:

∆Uс=Umс-Umcosθ,

отсюда

cosθ=(Umс-∆Uс)/Um=Umс/Um-∆Uс/Um≈1-∆Uс /Um .

При установившемся режиме U0 очень близок к амплитудному значению U0= Um . Тогда можно принять cos θ=1- ∆Uс /U0 .

Таким образом, включение конденсатора параллельно нагрузке увеличивает выпрямленное напряжение (в пределе до Um ) и уменьшает коэффициент пульсации (в пределе до нуля). В схемах выпрямителей, в которых используются оба полупериода напряжения, эффект от включения конденсатора параллельно нагрузке увеличивается. Кроме того, дальнейшее сглаживание производится путем включения дополнительных фильтрующих звеньев, чаще всего П-образного LС-фильтра, применяемого в данной работе (рис.9).

61

эти изменения недопустимо велики, то в схему ВИП вводится стабилизатор напряжения. Стабилизатором напряжения называется радиоэлектронное устройство автоматически поддерживающее с заданной точностью требуемую величину постоянного напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания или тока нагрузки. Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы, разделяющиеся, в свою очередь, на стабилизаторы непрерывного и импульсивного действия (ключевые стабилизаторы).

Основными параметрами стабилизаторов постоянного напряжения являются: коэффициент стабилизации напряжения, показывающее во сколько раз относительное приращение выходного напряжения меньше вызвавшего его относительного приращения входного напряжения

Выходное сопротивление, характеризующего изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки:

Коэффициент полезного действия

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия относятся к устройствам автоматического регулирования с отрицательной обратной связью. Различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типа. Стабилизаторы последовательного типа наиболее широко используются в ВИПах. На рис.10 показан простейший компенсационный стабилизатор на дискретных транзисторах. В схеме стабилизатора транзистор Т1 является регулирующим (силовым) элементом, управление которым осуществляет усилитель на транзисторе Т2. Стабилитрон Д и резистор R2 составляют параметрический стабилизатор, создающий опорное (эталонное) напряжение Uоп. Резисторы R3 и R4 – элементы цепи

63

отрицательной обратной связи, напряжение на выходе которой пропорционально напряжению на нагрузке Uoc=UHR4/(R3+R4).

Рис.10

В данном стабилизаторе выходное напряжение всегда равно разности между входным напряжением и падением напряжения на регулирующем транзисторе Т1, т.е. UH=Uвх-Uк. Схема работает следующим образом. Допустим, что из-за увеличения входного напряжения выходное напряжение стало выше нормального. Это вызовет увеличение напряжения обратной связи Uос на резисторе R4 выходного делителя и сигнала рассогласования Uос-Uоп, который усиливается транзистором Т2 и поступает на базу регулирующего транзистора Т1 такой полярности (плюсом), что транзистор призакроется. Это вызовет увеличение падения напряжения на регулирующем транзисторе и уменьшения напряжения на нагрузке до номинального значения. Таким образом, при отрицательном сигнале рассогласовании транзистор Т2 приоткрывается, его коллекторный ток растет и из-за увеличения падения напряжения на резисторе R1 потенциал коллектора и соединенного с ним базы транзистора Т1 по абсолютной величине уменьшается. В результате чего транзистор Т1 подзапирается. Если напряжение рассогласования становится положительным (а это случается при уменьшении входного напряжения), то Т2 призакрывается (из-за роста потенциала базы по абсолютной величине), и на нем меньше

64

падает напряжение. В результате на выходе напряжение поднимается до исходного значения.

Итак, регулирующий транзистор меняет свое сопротивление в зависимости от изменения напряжения на входе, и поэтому падение напряжения на нем либо уменьшается, либо возрастает, компенсируя уменьшение или увеличение входного напряжения. Выходное напряжение при этом остается практически неизменным.

3.Порядок выполнения работы

3.1.Принадлежности к работе

3.1.1.Лабораторный макет.

3.1.2.Миллиамперметр.

3.1.3.Вольтметр.

3.1.4.Осциллограф типа СI – 5.

3.1.5.Соединительные провода.

3.2. Описание лабораторного макета

Выпрямитель построен по мостовой схеме, питается от сети через понижающий трансформатор. В диагональ моста последовательно с нагрузкой поставлено небольшое токовое сопротивление RТ, падение напряжения на котором пропорционально току, проходящему через диоды. Благодаря этому сопротивление можно с помощью осциллографа пронаблюдать форму тока и измерить угол отсечки. Измеряя расстояние l1 между импульсами тока на экране l2, можно определить угол отсечки .

Далее после выпрямительного моста стоит П – образный LC- фильтр с выводами в точках 2 и 3, соответствующими С – фильтру и LC- фильтру. Эти выводы выполнены для измерения коэффициента сглаживания фильтра и коэффициента пульсаций. Переключатель П имеет две позиции «4» и «5». В позиции «4» исследуется только выпрямитель с фильтром. В позиции «5» к выпрямителю подключается стабилизатор и исследуется стабилизированный выпрямитель.

65

Рис.11. Принципиальная схема исследуемого стабилизированного выпрямителя.

Рис.12. К определению угла отсечки.

3.3.Рабочее задание

3.3.1.Собрать схему (рис.13). Исследовать нагрузочную

характеристику Uвых = f (Iн) выпрямителя с фильтром. Построить ее. Определить выходное сопротивление выпрямителя с фильтром.

Рис.13. Электрическая схема исследования выпрямителя с фильтром

66

3.3.2.Подключить осциллограф к токовому сопротивлению

выпрямителя (точка «1»). Изменяя Iн в тех же пределах, снять зависимость угла отсечки от тока нагрузки (рис.12). Построить график полученной зависимости.

3.3.3.С помощью осциллографа и вольтметра постоянного напряжения определить величину пульсации в точках «2» и «3» при номинальном значении тока.

3.3.4.Определить коэффициент сглаживания пульсации П – образного фильтра.

3.3.5.Переключателем П подключить выход выпрямителя ко входу стабилизатора, а миллиамперметр, нагрузку и вольтметр подключить к точке «Выход 11» таким же образом, что и на рис.

3.3.6.Снять нагрузочную характеристику стабилизированного выпрямителя. Определить диапазон стабилизации. Оценить по

графику максимальное значение Rвых стабилизатора и сравнить с расчетным.

3.3.7.Установить минимальное значение тока нагрузки (в середине области стабилизации). Соединить точки «2» и «3», подавая тем самым большие пульсации на вход стабилизатора. Измерять на входе и выходе стабилизатора амплитудные значения пульсации с помощью осциллографа. Измерить на входе и выходе стабилизатора значения постоянного напряжения с помощью вольтметра. Определить коэффициент стабилизации стабилизатора. Сравнить с расчетным.

4.Отчет

Вотчете о проделанной работе должны быть краткий конспект теории выпрямителя и стабилизаторов, схема лабораторного макета, рабочее задание, расчет предварительного задания, все таблицы и графики.

5.Контрольные вопросы

5.1.Нарисуйте функциональную схему ВИП и объясните назначение всех её узлов.

67

5.2. Перечислите типы выпрямителей и поясните, как они работают. Объясните принцип действия одно и двухполупериодного выпрямителя, нарисуйте кривые выпрямленных напряжений.

5.3Чему равно среднее значение выпрямленного напряжения и коэффициенты пульсаций при одно и двухполупериодном выпрямлении.

5.4В чем преимущество мостиковой схемы выпрямления перед двухполупериодным выпрямителем с нулевым выводом. Представьте их схемы.

5.5Объясните принцип сглаживания пульсаций напряжения на примере емкостного фильтра.

5.6Объясните принцип работы П-образного LC фильтра.

5.7Для чего нужен электронный стабилизатор, объясните принцип его работы.

5.8Объясните зависимость угла отсечки от тока нагрузки.

6.Литература

6.1.Основы радиоэлектроники/ Под ред. Г.Д.Петрухина, МАИ,

М.: 1993.- 416с.

6.2.Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники. М.: Высшая школа, 2000.- 399 с.

6.3.Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника: от элементов до устройств. Радио и связь, М.: 1993.- 352с.

6.4.Китунович Ф.Г. Электротехника. Минск:, Высшая школа,

1999.- 399с.

6.5.Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. –М.: Энергия, 1977.- с.621-649.

6.6.Ушаков В.М. Основы радиоэлектроники и радиотехнические устройства. – М.: 1976.- с.207-213.

68

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ RC -УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ

1. Цель работы

Изучение основных параметров и характеристик транзисторного усилительного RC - каскада.

2.Теоретические сведения

Впроцессе преобразования и обработки информации, заложенной в электрических колебаниях, часто оказывается, что уровень мощности этих колебаний недостаточен для работы

потребителя и возникает необходимость в его увеличении. Так, мощность радиосигнала на входе приемного устройства 10-14 - 10-26 Вт, а для работы оконечного прибора (например, громкоговорителя) обычно требуется мощность порядка одного

или нескольких ватт. Таким образом, в приемном устройстве требуется усиление по мощности в 1014-1026 раз. Например, назначение усилителей радио- и промежуточной частоты – усилить принятый радиосигнал от напряжения измеряемого милливольтами, а чаще всего микровольтами, а иногда и

миллионными долями микровольт, до напряжения, близкого к 1 В, необходимого для эффективной работы детектора. Классификацию усилителей можно проводить по различным признакам:

1.по виду используемого усилительного элемента – ламповые, транзисторные, усилители на туннельных или параметрических диодах, на микросхемах и т.д.;

2.по диапазону усиливаемых частот – усилители постоянного тока (УПТ), низкой частоты (УНЧ), радиоили промежуточной частоты (УРИ, УПИ) и сверхвысокой частоты (СВЧ);

3.по ширине полосы усиливаемых частот – узкополосные, широкополосные усилители;

4.по характеру усиливаемого сигнала – усилители непрерывных и импульсных сигналов;

69

5.по усиливаемой электрической величине – усилители напряжения, тока, мощности;

6.по типу нагрузки – резистивные (апериодические), резонансные (избирательные) усилители.

Вданной работе рассматривается резистивный усилитель, в котором явно выраженной нагрузкой является чисто активное сопротивление (резистор). В реальный условиях за счет реактивных элементов в схеме, в том числе и паразитных, нагрузка является не чисто активной, а комплексной.

2.1. Усилительные каскады

Усилителем называется устройство, увеличивающее мощность входного сигнала за счет энергии источника питания. Маломощный входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в нагрузку усилителя. Рассмотрим линейный электронный усилитель, предназначенный для усиления электрических сигналов без изменения их формы. Усилитель можно представить как активный четырехполюсник, у которого вход и выход имеют общую точку (рис.1). К входным зажимам подключается источник усиливаемых электрических сигналов, к выходным – нагрузка.

На рис.1. источник входного сигнала показан в виде генератора напряжения Еr, с внутренним сопротивлением Rr, подключенного к входному сопротивлению усилителя Rвх. Со стороны выхода усилитель можно представить источником

70