Сборка и проверка работоспособности простейших электронных блоков

1. Цель работы: научиться собирать простейшие электронные схемы типа усилителей и генераторов и исследовать их основные характеристики.

В результате самостоятельного изучения материалов и выполнения лабораторной работы студент должен овладеть следующей структурной составляющей в рамках общих компетенций ОК-8 и ПК-3:

Знать: типовые схемы электрические принципиальные генератора и усилителя на одном транзисторе.

Уметь: собирать однотранзисторные генераторы и усилители в лабораторных условиях.

Владеть: навыками в оценке работоспособности однотранзисторных генераторов и усилителей и высокой мотивацией к использованию электронных узлов в будущей профессиональной деятельности.

Информационные материалы к занятию

Частный случай управления энергией, при котором путем затраты небольшого ее количества можно управлять энергией во много раз большей, называется усилением. Устройство, осуществляющее такое управление, называется усилителем. Если управляющая и управляемая энергия являются электрическими, то такой усилитель называется усилителем электрических сигналов. В усилителях электрических сигналов осуществляется управление потоком энергии, идущим от источника питания в нагрузку.

В инженерной практике используется широкий набор усилителей различных типов и назначений. На рис. 5.1 приведена обобщенная классификация усилителей по их основным признакам.

Основные показатели усилителей электрических сигналов определяются их конкретным назначением. Рассмотрим некоторые из них, широко применяемые в инженерной практике.

Рис. 5.1 Обобщенная классификация усилителей электрических сигналов

Коэффициентом преобразования или коэффициентом передачи называют отношение выходного сигнала к входному. В варианте, когда входное и выходное значения сигнала являются однородными, коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления. В зависимости от функционального назначения усилителя по напряжению К_U, по току K_I или по мощности К_Р, соответствующие коэффициенты определяются по формулам:

;

где U_ВЫХ, I_ВЫХ, Р_ВЫХ – амплитуды напряжения тока и мощность сигнала на выходе усилителя соответственно; U_ВХ, I_ВХ, Р_ВХ – амплитуды напряжения тока и мощность сигнала на входе усилителя.

Часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах – децибелах:

;

Если усилитель состоит из нескольких последовательно включенных каскадов, для каждого из которых известен его «частный» коэффициент усиления К₁, К₂,..., К_n, то общий коэффициент усиления определяется выражением:

К_О= К₁·К₂·...·К_n.

В логарифмических единицах измерения:

На рис. 5.2 приведена одна из практических схем усилителя с эмиттерной стабилизацией. В этой схеме конденсаторы С1 и С2 обеспечивают гальваническую развязку (разделение входных и выходных цепей по постоянному току) усилителя от других узлов электронной схемы. Сопротивления R1 и R2 позволяют выбрать ток базы таким, чтобы транзистор находился примерно на середине линейного участка характеристик транзистора. Сопротивление R_К является нагрузкой транзистора и во многом определяет коэффициент усиления усилителя. Сопротивление R_Э и конденсатор С_Э улучшают электрические характеристики усилителя.

Рис. 5.2 Вариант схемы усилителя с эмиттерной стабилизацией.

В рамках теории проектирования электронных устройств было показано, что при определенных условиях усилительные схемы могут стать генераторами, то есть устройствами, формирующими на своих выходах периодические сигналы, включая синусоидальный сигнал. Для того чтобы усилитель перевести в режим генератора, необходимо выходной сигнал с усилителя подать на его вход со сдвигом фаз на 360º. Сдвиг на 180º осуществляет однотранзисторный усилитель. Еще 180º обеспечивает специально организованная R-C цепь. В результате генератор может быть построен так, как это показано на рис. 5.3.

Рис. 5.3 Схема электрическая принципиальная R-C генератора

Порядок выполнения работы

3.1 В подгруппах по два человека каждая определите, кто из подгруппы собирает схему усилителя, а кто генератора.

3.2 Получите у преподавателя набор сопротивлений, конденсаторов и транзисторов. Пользуясь указанием преподавателя по номиналам сопротивлений и способу монтажа радиоэлементов, выполните монтаж.

3.3 Подключите выход генератора к осциллографу и измерьте с его помощью параметры генерируемого сигнала. Измените положение движка переменного резистора R3 и наблюдайте тенденцию изменения амплитуды осциллограммы.

3.4 Измените номиналы сопротивления R и наблюдайте изменение частоты исследуемого сигнала.

3.5 Подключите выход генератора ко входу усилителя и наблюдайте осциллограммы на выходе усилителя.

3.6 Измените сопротивление R1 усилителя на 2 номинала, полученных от преподавателя. Наблюдайте изменения осциллограммы.

4. Контрольные вопросы

4.1 Дайте определение усилителя.

4.2 Расскажите о назначении элементов усилителя, изображенного на рис. 5.2.

4.3 Расскажите о способе перевода усилителя в режим генератора.

Лабораторная работа №6

1 2 3 4 56