2015-05-10
1578Лабораторная работа 1
Исследование генератора с внешним возбуждением на биполярном транзисторе
Цель работы: и сследование характеристик и режимов работы генератора с внешним возбуждением (ГВВ) на биполярном транзисторе.
Задание
1. Изучить принципиальную схему исследуемого ГВВ и структурную схему лабораторной установки.
2. Исследовать статические характеристики биполярного транзистора.
3. Исследовать ГВВ в динамическом режиме.
4. Исследовать нагрузочные характеристики ГВВ.
Указания к выполнению лабораторной работы
1. В данной работе в качестве исследуемого генератора с внешним возбуждением используется усилитель на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером (рис. 1). Перед началом работы необходимо изучить принципиальную схему усилителя, разобраться в назначении отдельных элементов схемы и начертить ее в отчете.
Рис. 1. Внешний вид сменного блока «Генератор с внешним возбуждением»
2. При выполнении второго пункта задания снимаются проходная и выходная характеристики транзистора. Для этого к контрольной точке КТ2 подключается мультиметр, расположенный на правой панели установки. На мультиметре устанавливается режим измерения постоянного напряжения с пределом измерения 2 В. Напряжение смещения изменяется потенциометром «Регулировка Е см».
Для снятия проходной характеристики определяется напряжение отсечки (Е ´) и исследуется зависимость тока коллектора от напряжения смещения I к = f (Е см) при Е к = const для трех значений напряжения на коллекторе: Е к = 5 В, Е к = 7,5 В и Е к = 10 В. Результаты измерений заносятся в табл. 1.
Таблица 1
| Е см, В | Е ´=0,552 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,775 | 0,8 | Е к, В |
| I к, мА | 0,005 | 0,015 | 0,03 | 0,08 | 0,105 | 0,115 | ||
| I к, мА | 0,010 | 0,03 | 0,06 | 0,110 | 0,135 | 0,125 | 7,5 | |
| I к, мА | 0,015 | 0,045 | 0,9 | 0,130 | 0,150 | 0,150 |
По результатам измерений строится семейство проходных статических характеристик I к = f (Е см; Е к = const) и выбираются рабочие точки для работы ГВВ в линейном режиме и в режиме класса В (с углом отсечки 90°).
Для снятия выходной характеристики исследуется зависимость тока коллектора от напряжения питания коллектора I к = f (Е к) при Е см = const для трех значений напряжения смещения Е см (Е см> Е ´). Результаты измерений заносятся в табл. 2.
Таблица 2
| Е к, В | 7,5 | Е см, В | ||
| I к, мА | 0,035 | 0,040 | 0,045 | 0,65 |
| I к, мА | 0,083 | 0,090 | 0,100 | 0,7 |
| I к, мА | 0,125 | 0,135 | 0,145 | 0,75 |
По результатам измерений строится семейство выходных статических характеристик I к = f (Е к; Е см = const).
3. При выполнении третьего пункта для исследования ГВВ в динамическом режиме снимаются зависимости токов от амплитуды сигнала возбуждения и от напряжения смещения (при заданном напряжении возбуждения).
В первую очередь необходимо определить резонансную частоту нагрузочного контура. Для этого к контрольной точке КТ1 подключается генератор НЧ (−20 дБ), расположенный на левой панели установки, и выбирается 4-й частотный поддиапазон, U НЧ = 0,2 В. К контрольной точке КТ4 подключается осциллограф. Меняя частоту генератора НЧ, определить такую частоту f нч, при которой напряжение на контуре будет максимально (f нч лежит в пределах 90–110 кГц).
Для снятия зависимости режима работы ГВВ от амплитуды сигнала возбуждения необходимо:
- подключить выход генератора НЧ (−20 дБ), расположенный на левой панели установки, к контрольной точке КТ1 и установить частоту f нч;
- установить напряжение питания коллектора Е к=7,5 В и напряжение смещения Е см = Е ´;
- подключить осциллограф к контрольным точкам КТ1 и КТ3;
- подключить сопротивление нагрузки R н3.
Зависимость тока коллектора от амплитуды напряжения возбуждения I к = f (U вх) снимается для различных режимов работы ГВВ – недонапряженного (ННР), граничного (ГР) и перенапряженного (ПНР). Результаты измерений заносятся в табл. 3.
Fн2=107,1кГц
Таблица 3
| ННР | ГР | ПНР | ||||
| U вх, мВ | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,5 | 1,3 | |
| i к max, мА | 0,01 | 0,11 | 0,12 | 0,125 | 0,18 | 0,22 |
| I к0, мА | 0,025 | 0,035 | 0,04 | 0,045 | 0,05 | 0,05 |
Для исследования зависимости режима работы ГВВ от напряжения смещения необходимо:
- подключить выход генератора НЧ (−20 дБ), расположенный на левой панели установки, к контрольной точке КТ1;
- установить частоту f нч;
- установить амплитуду напряжения возбуждения, соответствующую недонапряженному режиму работы ГВВ;
- установить напряжение питания коллектора Е к=7,5 В;
- к контрольной точке КТ2 подключить мультиметр. На мультиметре установить режим измерения постоянного напряжения с пределом измерения 2 В;
- подключить осциллограф к контрольным точкам КТ1 и КТ3;
- подключить сопротивление нагрузки R н3.
Снимается зависимость тока коллектора от напряжения смещения I к = f (Е см). Результаты измерений заносятся в табл. 4.
Таблица 4
| Е см,В | 0,55 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,775 |
| i к max, мА | 0,1 | 0,11 | 0,141 | 0,8 | 0,22 | 0,24 |
| I к0, мА | 0,025 | 0,04 | 0,05 | 0,055 | 0,075 | 0,085 |
Для исследования нагрузочной характеристики ГВВ необходимо:
- установить напряжение питания коллектора Е к=7,5 В, напряжение смещения Е см= Е ´, сопротивление нагрузки R н3;
- установить амплитуду напряжения возбуждения, соответствующую граничному режиму работы ГВВ;
- подключить осциллограф к контрольным точкам КТ3 и КТ4.
Таблица 5
| R н | R н1 = 51 Ом | R н2 = 100 Ом | R н3 = 200 Ом | R н4 = 510 Ом | R н5 = ∞ |
| i к max, мА | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,08 | 0,05 |
| I к0, мА | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,025 | 0,02 |
| U н ,В | 2,05 | 2,4 | 5,3 | 5,4 | |
| P 1 | |||||
| P 0 | |||||
| h |
Снимается зависимость коллекторного тока I к и выходного напряжения U н от сопротивления нагрузки R н. Результаты измерений заносятся в табл. 5.
На основании результатов измерений определяется полезная мощность (P 1), потребляемая мощность (P 0) и КПД (h) ГВВ.
Электронный коэффициент полезного действия (без учета потерь в высокочастотной нагрузке):
,
где P ~ – мощность, отдаваемая активным элементом,
P 0 – потребляемая каскадом мощность.
Как и обычно, 
, причем I к1 − амплитуда первой гармоники тока выходного электрода, в данном усилителе – коллектора; U к – амплитуда высокочастотного напряжения на коллекторе.
Пренебрегая потерями в ВЧ нагрузке примем, что измеренное напряжение на ней U н равно напряжению на коллекторе транзистора:
U н = U вых = U к
Амплитуду I к1 можно определить по максимальному току i кmax:
I к1 = α1(q) i кmax
Необходимо учесть, что измеренный максимальный ток через ВЧ нагрузку i к изм отличается от максимального тока в коллекторной цепи на величину среднего тока коллектора I к0:
i кmax = I к0 + i к изм.
Следовательно, I к1 = α1(q)(I к0 + i к изм).
Тогда окончательно:
где Е к – напряжение питания. Угол отсечки тока q определяется аналитически по формуле:
Здесь E с – напряжение смещения; E’ – напряжение отсечки; U вх – амплитуда ВЧ напряжения сигнала возбуждения на базе транзистора, которую в пренебрежении потерями во входной цепи будем считать равной амплитуде сигнала генератора НЧ.
