26

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Кафедра электротехники и электроэнергетики

Методические указания к лабораторным работам

по дисциплине “Электроника”. Часть 2.

Составители

Д.П. Андрианов,

В.И. Афонин

Владимир 2015

УДК 621. 621.316

ББК 31.2я73

Методические указания к лабораторным работам по электронике. Часть 2. / Владим. гос. ун-т: Сост.: Д.П. Андрианов, В.И. Афонин. Владимир. 2015. 26с.

Составлены в соответствии с программой курса «Электротехника и электроника» и «Электроника» для неэлектротехнических специальностей высших учебных заведений.

Изложены методические указания по экспериментальному исследованию, расчётам и оформлению результатов испытаний полупроводниковых элементов и устройств электроники. Предназначены для студентов дневной и контрактно-заочной форм обучения.

Ил. 19. Библиогр.: 4 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Владимирского государственного университета

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент кафедры приборостроения и информационно-измерительной техники

Владимирского государственного университета

Грибакин В.С.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При выполнении лабораторных работ студенты углубляют знания по электронике, учатся экспериментально проверять теоретические положения, приобретают навыки работы с измерительными приборами и вычислительной техникой.

Перед выполнением курса лабораторных работ каждый студент обязан изучить правила техники безопасности и расписаться в журнале, который находится в лаборатории.

Лабораторные работы выполняются бригадами из трех-четырех студентов. Очередность работ определяется графиком. В день выполнения работы бригады должны иметь одну заготовку отчета выполненную в соответствии с требованиями раздела «Подготовка к работе». Перед выполнением лабораторной работы каждый студент получает допуск к работе, который включает в себя проверку:

• выполнения задач, предусмотренных разделом «Подготовка к работе»;

• знания теоретического материала по теме работы;

• знания методики проведения исследований;

• умения пользоваться измерительной аппаратурой.

Студенты, не подготовившиеся к занятиям, к выполнению работы не допускаются.

Отчеты по лабораторным работам должны быть выполнены на стандартных листах писчей бумаги.

Отчет должен содержать:

- титульный лист с указанием кафедры, учебной группы, фамилии, имени, отчества студента, названия, номера и даты выполнения работы;

- цель работы;

- исследуемую электрическую схему;

- расчетные формулы;

- таблицы измеренных и вычисленных величин;

- требуемый по заданию графический материал;

- краткие выводы по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование усилителя напряжения.

Цель работы: ознакомиться с практическими схемами усилителей, исследовать влияние элементов схемы на параметры усилителя переменного напряжения, получить навыки экспериментального исследования параметров и усилителя.

Краткие теоретические сведения.

Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий нелинейный управляемый элемент УЭ (как правило, биполярный или полевой транзистор), резистор R и источник электрической энергии Е (рис.4.1).

Рис. 4.1. Структурная схема усилительного каскада.

Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение Uвх (усиливаемый сигнал), и выходную цепь для получения выходного напряжения Uвых (усиленный сигнал). Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по сравнению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии Е. Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления нелинейного управляемого элемента УЭ, а следовательно, и тока выходной цепи под воздействием входного напряжения или тока. Выходное напряжение снимается с управляемого элемента УЭ или резистора R.

Усиление основано на преобразовании электрической энергии постоянной э.д.с. Е в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.

Усилительные свойства усилителя зависят от степени влияния входного сигнала на ток управляемого элемента: чем больше это влияние, тем больше будет падение напряжения от тока УЭ на резисторе. Выходное напряжение зависит от сопротивления резистора R.

Основные параметры усилительного каскада:

• коэффициент усиления по напряжению

Кu = Uвых/Uвх

• коэффициент усиления по току

Кi = Iвых/Iвх

• коэффициент усиления по мощности

Кp = Pвых/Pвх = Uвых*Iвых/ Uвх*Iвх = Кu*Кi

Многокаскадный усилитель представляет собой последовательно соединенные усилительные каскады (рис. 4.2) .

Рис. 4.2. Структурная схема многокаскадного усилителя.

Коэффициент усиления по напряжению каскадного усилителя

Кu = Uвых/Uвх = К1* К2*…Кn

При определении переменных составляющих токов и напряжений (т. е. при анализе на переменном токе) и при условии, что транзистор работает в активном режиме, его часто представляют в виде линейного четырехполюсника (рис. 4.3)

Рис. 4.3. Транзистор в виде четырехполюсника

Часто транзистор описывают с помощью h-параметров, к которым относятся:

• входное сопротивление транзистора для переменного сигнала (при закороченном выходе: u₂=0) :

• коэффициент обратной связи по напряжению:

• коэффициент передачи тока:

• выходная проводимость:

При этом

,

Параметры, соответствующие схеме с общим эмиттером, обозначаются буквой «э», а схеме с общей базой – буквой «б».

1. Объект и средства исследования.

Объект исследования – усилитель напряжения. При исследовании используются источник постоянного напряжения (ГН2), генератор низкой частоты (ГНЧ), милливольтметр (МВ), частотомер (ЧМ), измеритель выхода (ИВ) и осциллограф. Сборка исследуемой цепи осуществляется коммутацией гнезд платы из рабочего комплекта и гнезд измерительных приборов и источников при помощи проводников с однополюсными вилками и установкой в гнезда платы рабочего комплекта дискретных элементов. Измеритель выхода (ИВ) подключается установкой переключателя в положения ГН2, ГНЧ, ЧМ.

2. Домашнее задание.

2.1. Изучить принцип работы усилителя напряжения.

2.2. Разработать методику определения основных параметров и характеристик усилителя переменного напряжения (коэффициента усиления, амплитудной и частотной характеристик, нелинейных, частотных и фазовых искажений).

3. Рабочее задание.

3.1. Получить допуск к выполнению работы

3.2. Установить на лабораторном стенде плату № 14 из рабочего комплекта, произвести сборку электрической схемы (рис. 4.4), подключив источник питания ГН2, генератор низкой частоты ГНЧ, измерительные приборы ИВ, МВ, ЧМ, осциллограф С1-73.

Рис.4.4. Электрическая схема усилителя

3.3. Установить рабочую точку усилителя на линейном участке:

• c выхода ГНЧ (1:10) подать максимальный сигнал (ручку «амплитуда» вывести в крайнее правое положение). Частоту сигнала установить fc=1кГц;

• подключить осциллограф к выходу усилителя;

• плавно вращая ручку регулятора добиться равномерного ограничения усиленного сигнала «сверху» и «снизу».

3.3. Снять амплитудную характеристику усилителя

Uвых = f (Uвх) при f = 1000 Гц.

Входное напряжение усилителя измерять МВ, подключив его к гнездам Х3, напряжение на выходе контролировать и измерять осциллографом С1-73. Произвести 10-12 измерений, результаты измерений записать в табл.4.1 и построить амплитудную характеристику усилителя. Выходное напряжение изменять в пределах 2мВ…60 мВ.

Табл. 4.1

Uвх (В)
Uвых (В)

3.4 Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя (АЧХ)

Uвых = f (F) при Uвх = 30 мВ.

Произвести измерение выходного напряжения на частотах: 20, 50, 80, 100, 200, 500, 1000, 5000, 10000, 30000, 50000, 80000, 100000 Гц. Результаты измерений записать в табл. 4.2.

Табл.4.2

F, *100 Гц	0,2	0,5	0,8	1	2	5	10	50	100	500	800	1000
Uвых
KU
KU, (дБ)

По результатам измерений построить АЧХ усилителя в логарифмическом масштабе:

K_U, (дБ) = 20 lg (Uвых/ Uвх).

Примечания:

• входной сигнал Uвх = 30 мВ в процессе измерения АЧХ должен быть постоянным.

• частоту входного сигнала измерять ИВ в положении ЧМ, подключив его к гнездам х5, х7;

• амплитуду выходного сигнала измерять МА, подключив его к гнездам х1, х8.

3.5. Исследовать влияние элементов схемы на коэффициент усиления K_U усилителя:

• Емкость обратной связи С3

На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой f_c = 5 кГц. Определить коэффициент усиления усилителя при значениях емкости = 0 (отключена), 5, 20, 50 мкФ. Результаты измерений записать в табл. 4.3.

• Разделительные конденсаторы С1, С2 на частотах 20 Гц, 50 кГц.

На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой f_c = 20 Гц. Поочередно установить на стенде емкости разделительных конденсаторов С1 = С2 = 0,1; 5, 20, 50 мкФ. Измерить выходное напряжение МВ, результаты измерений записать в табл. 4.4.

Повторить опыт для частоты входного сигнала f_c = 50 кГц.

Табл.4.3

R2 (Ом)	С3=0 мкФ	С3=5 мкФ	С3=20 мкФ	С3=50 мкФ
Uвх (мВ)
Uвых (В)
KU

Табл. 4.4

		С1,С2 = 0,1 мкФ	С1,С2 = 5 мкФ	С1,С2 = 20 мкФ	С1,С2 = 50 мкФ
fc = 20 Гц	Uвых (В)
	KU
fc = 50 кГц	Uвых (В)
	KU

• Коллекторное сопротивление R3.

На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой f_c = 5 кГц. Установить на плате коллекторное сопротивление R3 = 300 Ом.

Контроль формы выходного напряжения производить осциллографом С1-73, подключенным к гнездам х5, х7.

Выходное напряжение измерять МВ, подключенным к х1, х8.

Плавно изменяя величину резистора R1, добиться максимального выходного напряжения, результат измерения записать в табл. 4.5. Форма выходного напряжения должна быть синусоидальной.

Снять осциллограмму выходного напряжения.

Повторить опыт для резисторов R3 = 620 Ом, 1 кОм, 2 кОм.

• Нагрузка R5.

На вход усилителя подать сигнал 30 мВ с частотой f_c = 5 кГц.

Произвести измерение выходного напряжения усилителя при следующих величинах сопротивления нагрузки R5 = 330, 620 Ом, 2,4; 5; 10 кОм. Результаты измерений записать в табл. 4.5.

Табл. 4.5

R (Ом)
Uвых (В)
KU

Контрольные вопросы.

1. Почему коэффициент усиления зависит от частоты сигнала, подаваемого на вход усилителя?

2. Как оцениваются нелинейные и частотные искажения сигнала и усилителя?

3. Почему увеличивается коэффициент усиления при подключении конденсатора параллельно резистору R4?

4. Назовите и объясните основные показатели усилителя.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5