Порядок выполнение работы

Часть 1:

1. Ознакомиться с теоретическим положением работы.

2. Построить схему однокаскадного транзисторного УПТ по рис6.1., дополнив ее необходимым оборудованием и провести ее исследование при переменном источнике входного сигнала кГц. Исследования провести при следующих значениях параметров элементов схемы: к, к, к, В, кГц, В. Полученные данные занести в таблицу измерений.

3. Зарисовать временные диаграммы входного и выходного сигналов и уста­новить параметры U_bx, E_П, R_Б, R_k, при которых УПТ работает в линейном (усилительном) режиме и режиме насыщения (ключевой режим).

4. Объяснить полученные результаты.

Таблица 1

№ опыта	Параметры
	Задаваемые				Измеряемые
	Ubx,	ЕП,	RБ,	Rk,	UБЭ,	UН,	IБ,	IК,	IЭ,	IН,
	В	В	кОм	кОм	В	В	А	А	А	А
1.
2.
3.
4.
5.

Часть 2:

1. Для выполнения этой части ра­боты необходимо собрать схему транзисторного УПТ с цепями смещения по постоянному току (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема УПТ с цепями смещения

2. Установить параметры всех используемых элементов схемы.

3. Провести исследования формы выходного сигнала с их прорисовкой в режиме Графического Редактора EWB при разных значениях В, R2=1...100к, R3=1...100к, добиваясь минимума искажений при макси­мальном значении коэффициента усиления Ку входного сигнала (допустимо Ку<1).

4. Зарисовать характерные временные диаграммы.

5. Объяснить полученные результаты.

Содержание отчета

1. Основные теоретические положения работы.

2. Рабочая схема, таблица, графики.

3. Вывод по работе.

Контрольные вопросы

1. Как оценить величину коэффициента усиления УПТ?

2. Что понимают под искажениями выходного сигналами от чего они бывают?

3. На какие параметры УПТ влияет изменение питающего напряжения Е_П?

4. Особенности работы УПТ в линейном и ключевом режимах?

5. Какую составляющую входного сигнала усиливает УПТ?

Лабораторная работа №7

ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Цель работы: ознакомление с работой транзисторных усилителей низкой частоты.

Общие сведения

Усилители низкой частоты (УНЧ) предназначены для усиления тока или напряжения только переменной составляющей входного сигнала. Поэтому связь с источником сигнала (а также нагрузкой R_h) осуществляется через разделительный конденсатор С (или трансформатор), который не пропускает постоянную составляющую. В схеме УНЧ (рис.7.1.а) используется источник постоянного напряжения, который создает требуемое напряжение смещения, установив, тем самым, рабочую точку транзистора VT на его линейной ВАХ (активный режим) во всем диа­пазоне входного сигнала U_BX.

Следовательно, при заданных диапазоне изменений входного сигнала Ũ_ВХ и коэффициенте усиления К_у каскада (УНЧ) путем задания напряжения смещения U_cm (см. рис.7.1.б) можно "поднимать" или "опускать" выходной сигнал над нуле­вым уровнем за счет подмешивания постоянной составляющей. Осуществляя, тем самым, согласование УНЧ с нагрузкой R_h, не допуская искажения сигнала (см рис.7.1.б, в). Максимально возможный диапазон выходного сигнала здесь определяется величиной коллекторного тока , где Е_П – напряжение питания, R_k – токоограничивающее сопротивление в цепи коллектора транзистора VT УНЧ.

Чтобы подать напряжения смещения U_cm на базу транзистора УНЧ совсем не обязательно иметь отдельный источник. Для этих целей может быть использована часть напряжения источника питания Е_П и иметь одинаковую с ним полярность.

Одним из способов подачи смещения на базу транзистора VT УНЧ показан на рис.7.2.а. Здесь напряжение источника питания Е_П перераспределяется между резистором R1 и входным сопротивлением VT (сопротивление Б-Э). Постоянная составляющая I_Б, создает на резисторе R1 падение напряжения U_r1. Разностное напряжение (Е_П – U_r1) оказывается приложенным между базой Б и эмиттером Э транзистора VT. Это напряжение и является напряжением смещения . Подбирая сопротивление R1, можно обеспечить вели­чину U_r1, и, следовательно, U_cm.

Рис.7.1. Схема однокаскадного УНЧ и его временные диаграммы:

а) функциональная схема, б) входное напряжение, его составляющие и ток нагрузки,

в) искажение токового сигнала в цепи при большой амплитуде входного сигнала.

Другой вариант построения цепи смещения в УНЧ показан на рис.7.2.б. В этом случае напряжение смещения является разностью между напряжением источника питания Е_П и падениием напряжения на резисторах R1 и R_K т.е. . При таком способе подачи напряжения U_CМ на базу Б транзистора VТ режим работы УНЧ в меньшей степени зависит от изменений температуры окружающей среды.

Рис.7.2. Варианты подачи напряжения смещения:

а) подача смещения от источника Е₁₁, б) подача смещения с коллектора К на VT

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическим положением работы.

2. Исследовать схемы УНЧ рис.7.2, дополнив их необходимым контрольно-измери-тельным оборудованием. Измерения параметров схем провести при С=10…100мкФ, R_К= =2к для разных значений R1=0,05…4,7к, Е_П=10…60В, Ũ_ВХ=0,1...5,0В и разместить их в таблице измерений.

Таблица 1

№ опыта	Параметры цепей УНЧ цепей унч
	Назначаемые				Измеряемые
	UВХ, В	ЕП, В	R1, кОм	R2, кОм	UСМ, В	UВЫХ, В	UR1, В	URK, В	IБ, А	IЭ, А
1. 2. 3. 4. 5.

3. Визуально контролируя форму выходных сигналов (осциллограф) установить диапазон значений R1 (для рис.7.2.а) и Rl, R_K (для рис.7.2.6), при которых не происходит искажений сигналов для заданных Ũ_ВХ и Е_П. Сделать зарисовки временных диаграмм в критических точках.

4. Провести общий анализ работы схем и оценить их усилительные свойства (К_у).

Содержание отчета

1. Краткие теоретические положения работы.

2. Рабочие схемы, диаграммы, таблицы.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Необходимость и способы формирования U_СМ в УНЧ?

2. Назначение конденсатора С и резисторов Rl, R_К в схеме УНЧ рис.7.2?

3. Возможна ли работа УНЧ (см. рис.7.2) в режиме насыщения?

4. Как изменится режим работы схемы УНЧ (рис.7.2) при обрыве цепи Rl?

5. Как влияет Е_П на форму выходного сигнала?

Лабораторная работа № 8

МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Цель работы: изучение принципов построения многокаскадных УНЧ и их работу на комплексную нагрузку.

Общие сведения

Если один усилительный каскад не обеспечивает требуемой степени усиления входного сигнала, то применяют последовательное соединение каскадов, при котором выходной сигнал предыдущего каскада подается на вход последующего и дополнительно усиливается им.

Последовательно соединенные усилительные каскады образуют многокаскадный усилитель. Среди известных схем соединений каскадов усилителя наи­большее распространение получили следующие три вида: с гальванической, трансформаторной и резисторно-конденса-торной связью.

В схеме усилителя с гальванической связью выход предыдущего каскада со­единяется с входом последующего посредством проводника или резистора. Такой способ соединения чаще всего используется в многокаскадных усилителях постоянного тока. Во втором случае связь между каскадами усилителя осуществляется через развязывающий трансформатор. Трансформаторный способ связи каскадов характерен для импульсных усилителей тока, например видеоусилителей.

Схема усилителя с резисторно-конденсаторной связью применяется наиболее часто (см. рис.8.1). Разделительные конденсаторы С1, С2 пропускают только переменную составляющую

Рис.8.1. Функциональная схема с резисторно-конденсаторной связью

сигнала через усилительный тракт. Постоянное напряжение смещения U_cm подается на базы транзисторов VT1 и VT2 первого и второго каскадов через резисторы R2 и R3 соответственно. Основным достоинством подобного построения схемы усилителя является простота настройки, поскольку напряжения на выводы VT1 и VT2 подаются через отдельные электрические цепи. В результате постоянная составляющая коллекторного напряжения первого каскада (VT1) сохраняет заданное значение для второго каскада (VT2) усилителя.

Следует отметить некоторые особенности монтажа многокаскадных усилителей. Особенно важно разместить радиоэлементы в пространстве монтажа, особен­но, если монтируемое устройство предназначено для работы на высоких или сверхвысоких частотах, а также когда мощности сигналов в различных его целях сильно отличаются. В этих условиях некоторые цепи усилителя могут иметь паразитные (емкостные, индуктивные) связи по переменному току, что ведет к нарушению нормальной работы.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическим положением работы.

2. В системе EWB построить схему усилителя по рис.8.2 и провести ее исследование.

Рис.8.2. Измерительная схема двухкаскадного транзисторного усилителя:

Е_П=5...15 В, Ũ_вх=0,1...5,0В, f =1кГц, k_тр =N2/N1=1, С1=СЗ=1,0мкФ, С2=1,0...100,0 мкФ,

R1=0,01...0,5к, R2=0,01...4,7к, R3=1...10к, Rн=100к. VT1, VT2 – типа QPL.

3. Подобрать параметры R3, С2 при минимуме искажений выходного сигнала и максимуме К_у>1.

4. Выполнить измерения напряжений U_o, U₁, U_н и токов I₀, I₁, I₂, I₃, I_н в характеристических точках схемы с последующим занесением данных в табл. 1, прорисовкой выходной временной диаграммы (в цепи R_H) и построением зависимости .

Таблица 1

№ опыта	Еп, В	Ubx, В	Uo, В	U1, В	Uн, В	Iо, А	I1, А	I2, А	I3, А	I4, А	Iн, А
1. 2. 3. 4. 5.

3. Провести анализ работы схемы по результатам эксперимента.

Содержание отчета

1. Краткие теоретические сведения.

2. Рабочая схема, диаграммы, графики.

3. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. С какой целью и по какому принципу строятся многокаскадные усилители?

2. Какими принципами руководствуются при выборе межкаскадных связей?

3. Какие элементы усилителя (рис.8.2) влияют на его усилительные свойства (коэффициент усиления К_у)?

4. Как изменится работа усилителя (рис.8.2) при исключении конденсатора СЗ из цепи нагрузки R_h?

5. Произойдет ли изменение амплитуды Uн выходного сигнала и его коэффициента усиления К_у при разных значениях сопротивления R_H?

Лабораторная работа №9

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы: изучение принципов построения усилителей мощности и особенностей их работы в составе автоматизированного электропривода технологического оборудования.

Общие сведения.

Усилителями мощности (УМ) называют схемы, которые, прежде всего, должны обеспечивать высокую выходную электрическую мощность (Р_эл=JU, ВА), т.е. усиливать выходной сигнал по току J и напряжению U. Выходные напряжения и ток могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. Усилители мощности, выходной ток которых имеет только одно направление, называют источниками питания.

Простейшим УМ может служить схема эмиттерного повторителя ЭП (рис.9.1а). Здесь мощность, выделяемая на нагрузке R_н, ,описывается выражением: Р_нЕ_питR_н/2(R+R_н), где Е_пит – напряжение питания, R - сопротивление в эмиттерной цепи транзистора VT, и ограничивается предельным значением тока J_R резистора R. Существенно большей мощности и КПД в нагрузке R_н можно достичь, заменив на дополнительный эмиттерный повторитель на транзисторе противоположной полярности VT2 (см. рис.9.1.б). Для умощнения выходных каскадов УМ часто используются составные транзисторы, выполненные на одноименной или разноименной по проводимости паре (комплементарной) транзисторов, например транзисторы PNP-PNP, NPN-NPN (см. рис.9.1.в) или PNP-NPN, NPN-PNP.

Рис.9.1. Схемы простейшего УМ:

на эмиттерном повторители (ЭП) с одним (а) и двумя (б) транзисторами

разной проводимости, (в) – составном транзисторе N–проводимости

Порядок выполнения работы.

1. Для проведения моделирования в среде EWB необходимо собрать схему, приведенную на рис.9.2.

Рис.9.2. Схема усилителя мощности на операционном усилителе (ОУ):

R1=1к; R2=10 Ом; C1=C2=0,47мкФ; ОУ– LM1877

2. Произвести настройку входных сигналов (генератор). Для этого войти в меню Функционального Генератора EWB, выбрать режим формирования Гармонических колебаний (синусоида) и задать амплитуду выходного сигнала U_вых=1В и его частоту f=1кГц. Эти значения остаются постоянными на всех этапах моделирования схемы.

Внимание: Параметры генератора необходимо задавать перед включение в схему.

3. При заданных параметрах схемы проверить ее работоспособность при заданных позициях (поз. А и В) переключателя SB1 режима работы усилителя мощности (УМ).

4. После этого приступить к исследованию влияния компонент схемы на режимы работы, для чего определить:

4.1. Влияние сопротивления R1=(0,1...100)к на форму выходных сигналов УМ в режимах поз.А и поз.В переключателя SB1;

4.2. Влияние изменения напряжения Е_пит=(1,5...24)В при

а) одностороннем (+Е_пит или –Е_пит), и

б) двустороннем (симметричном) - Е_пит,

на форму выходного сигнала схемы рис.9.1.

4.3. Как влияет величина нагрузки R2=(0,001...10)к на форму выходного сигнала в двух положениях (поз.А и поз.В) переключателя SB1?

3. Произвести все необходимые графические зарисовки временных диаграмм моделируемой схемы УМ, используя, например графический редактор EWB.

Содержание отчета.

1. Краткие теоретические сведения.

2. Рабочая схема моделирования в среде EWB.

3. Числовые и графические результаты моделирования.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Какую функцию в схеме УМ выполняет операционный усилитель ОУ?

2. Как изменится работа схемы рис.9.1 при использовании транзисторов VT1, VT2 одноименной полярности?

3. Объясните назначение конденсаторов С1, С2 в схеме УМ и как они влияют на ее работе?

4. Как изменится работа схемы рис.9.1, если назначить R2=0 или R2= ?

5. На каких параметрах УМ отразится изменение питающих напряжений источников G1, G2 ?

Список литературы

1. Сергиевский С.Б. Электронные устройства систем ЧПУ. – М.: Машиностроение, 1977.

2. Демин С.Б. Микропроцессорные системы управления металлорежущих станков с ЧПУ. Учебное пособие.- Пенза, Изд-во ПГТУ, 1996.

3. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1987.

4. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник. /Под ред. Б.Н. Файзулаева. – М.: Радио и связь, 1987.

5. Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. – М.: Радио и связь, 1984.

6. Демин С.Б. и др. Изучение элементов и узлов микропроцессорных систем управления станков с ЧПУ. Методические указания. – Пенза, Изд-во ПГТУ, 1996.

7. Демин С.Б., Денисов В.Н., Баталин В.Ю. Программное моделирование элементов и систем приводов технологического оборудования. Методические указания. – Пенза, Изд-во ПГУ, 2000.

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………….………. 3

Практическое занятие №1. Изучение системы программного электронного

моделирования EWB v.5.0/5.12 ……………………..……….. 4

Лабораторная работа №1. Моделирование устройств в системе EWB ………………… 16

Лабораторная работа №2. Измерение сопротивлений электрических цепей

технологического оборудования …………………………… 19

Лабораторная работа №5. Изучение работы полупроводникового

Стабилизированного выпрямителя………………………….. 24

Лабораторная работа №6. Усилитель постоянного тока ………………………………… 29

Лабораторная работа №7. Транзисторный усилитель низкой частоты ………………… 32

Лабораторная работа №8. Многокаскадные усилители …………………….…………… 35

Лабораторная работа №9. Усилители мощности на операционных усилителях …….… 38

Список литературы . ………………………………………………………………………… 40

41