Нужны отчеты по лабораторным работам

Расчет параметров однофазного трансформатора.

Цель работы:

Изучить устройство однофазного трансформатора, их типы, научиться определять основные характеристики трансформаторов.
Закрепить знания, полученные на теоретических занятиях.

Используемые приборы:

Таблица 1
Название прибора Тип Параметры
Базовый модуль лабораторного комплекса «Источники питания» Лабораторная установка
Трансформатор однофазный
со средней точкой
Набор соединительных проводов

Пояснения к работе

Внешний вид установки представлен на рисунке 1

Рисунок 1 – Внешний вид установки
Лабораторный комплекс выполнен в настольном исполнении. На лицевой стороне базового модуля расположены три панели, две из которых (левая и правая) являются стационарными), а средняя панель является съемной (далее сменный блок).

Порядок работы.

Измерение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Подготовить установку к работе. Собрать схему, представленную на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема измерений

Переключатель RН ТОЧНО установить в крайнее правое положение.
Переключатель RН ГРУБО в положение 1.
Включить питание установки выключателем «СЕТЬ – ВКЛ».
Нажатием кнопки «ОДНОФАЗНАЯ СЕТЬ –ВКЛ» включить питание схемы.
Переключить все измерительные приборы в режим измерения переменного напряжения.
Произвести измерение напряжения на вторичной обмотке однофазного трансформатора в точках 1, 2 и 3 при различных положениях переключателя нагрузки RН ГРУБО. Записать показания вольтметра и амперметра в таблицу 2.

Если на стенде имеется только 7 положений переключателя RН, то измерения выполняются до последнего положения, которое доступно на данном стенде.

Таблица 2
Положение
RН Схема 1 Схема 2
U, В I, мА RН, Ом U, В I, мА RН, Ом
1
2
3
…
…
7
…
…
11


Собрать схему, представленную на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема измерений

По полученным показаниям вольтметра и амперметра рассчитать величину нагрузки RН. Объяснить почему получились такие вычисленные значения RН для схемы 1 и схемы 2. Объяснить получившуюся зависимость.

Определение коэффициента трансформации.

Подготовить установку к работе. Отключить от вторичной обмотки трансформатора схему из пункта 4.1, т.е. трансформатор должен работать на холостом ходу (без нагрузки) – рисунок 4.

Произвести измерение напряжений в точках, указанных в таблице 3, занести показания в таблицу.
Таблица 3
U1-3, В U1-2, В U2-3, В
К

Произвести расчет коэффициента трансформации по формуле:
K=U_1/U_2 ,
где К – рассчитанный коэффициент трансформации;
U1 – напряжение на первичной обмотке, принять равным U1 = 220 В;
U2 – напряжение на вторичной обмотке трансформатора.
На основании полученных расчетов сделать вывод: является данный трансформатор понижающим или повышающим.

Содержание отчета:

наименование работы и цель работы;
используемы приборы;
схемы измерений;
результаты измерений, занесенные в соответствующие таблицы;
формулы с примерами расчетов;
выводы по работе;
ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

Перечислите режимы работы трансформаторов.
Что такое коэффициент трансформации?
Какие трансформаторы используются в источниках питания средств вычислительной техники и почему?












РУКОВОДСТВО
по выполнению лабораторной работы № 5

«Измерение сигналов при помощи аналогово осциллографа двумя щупами»










 

1. Цель работы:

1. Измерить сигналы на входе и выходе схемы.
2. Познакомиться с методикой измерения характеристик и обработкой экспериментальных данных.
3. Получить первичные навыки сборки простейших схем.
4. Закрепить знания, полученные на теоретических занятиях.

2. Используемые приборы:

Таблица 1
Название прибора Тип Параметры
Базовый модуль «Электронные приборы» Лабораторная установка
Лабораторный модуль «Электронные приборы» Лабораторная установка
Набора транзисторов МП37
Набор ограничительных сопротивлений 10 кОм; 1кОм.
Набор соединительных проводов

3. Пояснения к работе

В данной работе используется биполярный транзистор МП37 (n-p-n).
Транзисторы МП35, МП36, МП37, МП38 - германиевые, усилительные, маломощные, низкочастотные, структуры n-p-n. Корпус металлостеклянный с гибкими выводами.

Рисунок 1 – Габаритные размеры, цокалевка транзистора и вид сверху на 4-х контактную колодку с транзистором

4. Постановка задачи.


Рисунок 2 – Принципиальная схема.

В схеме используются регулируемый источник напряжения Е2. Источник напряжения Е2 питает цепь коллектора. Контроль тока базы осуществляется амперметром РА1. Вольтметр PV1 измеряет напряжение база-эмиттер (UБЭ).
С помощью вольтметра PV2 измеряется напряжение коллектор-эмиттер (UКЭ).
Установить напряжение на коллекторе равным 5 В.
4.1 Собрать схему рисунок 2.
4.2 Каналы А и В осциллографа подключить к выходу генератора.
4.3 Получить устойчивый сигнал. С помощью ручки ↔ установить осциллограмму в 0.
4.4 Подключить канал В как указанно на схеме.
4.5 Получить устойчивое изображение.
4.6 Не трогая ручку ↔ на обоих каналах, измерить фазовый сдвиг.


4.7 Измерить параметры сигналов входа и выхода по осциллографу и приборам. Сравнить их.
4.8 Перевести генератор в положение .
4.9 Повторить измерения.
5. Собрать схему рисунок 3.


Рисунок 3.

5.1 Повторить измерения по пунктам 4.1-4.9.

Собранные схемы показать преподавателю (технику, лаборанту).


6. Содержание отчета:

• наименование работы и цель работы;
• используемые приборы;
• схемы измерений;
• результаты измерений, занесенные в соответствующие таблицы;
• оциллограммы;














РУКОВОДСТВО
по выполнению лабораторной работы № 8

«Исследование усилительного каскада с ОЭ без обратной связи»


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОЭ
БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ (ОС)»

Цель работы:

Исследовать основные характеристики усилительного каскада.
Познакомиться с методикой измерения амплитудных и амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) усилительного каскада.
Получить первичные навыки сборки схем.
Закрепить знания, полученные на теоретических занятиях.

Используемые приборы:
Таблица 1
Название прибора Тип Параметры
Базовый модуль «Электронные приборы» Лабораторная установка
Лабораторный модуль «Электронные приборы» Лабораторная установка
Осциллограф С1-220
Набор транзисторов МП37 (или аналог)
Набор сопротивлений 100 Ом (1 шт.)
1 кОм (1 шт.)
3,3 кОм (2 шт.)
10 кОм (1 шт.)
3 МОм (1 шт.)
Набор конденсаторов 1 мкФ (2 шт.)
10 мкФ (1 шт.)
Набор соединительных проводов

Пояснения к работе

В настоящее время основным элементом электронного усилительного устройства является транзистор. Транзистором называют полупроводниковый прибор, в котором изменение входного электрического сигнала приводит к изменению сопротивления выходной цепи транзистора (транзистор – дословно «преобразователь сопротивления»). Это свойство транзистора может быть использовано для различных преобразований электрических сигналов (усиление, генерирование, преобразователей формы и т.д.) в электронных стабилизаторах, переключателях и т.п. Существует большое разнообразие транзисторов, отличающихся принципом действия, назначением, мощностью, частотными свойствами и другими признаками.
В данной работе используется биполярный транзистор МП37 (n-p-n). На рисунке 1 показаны габаритные размеры, цоколёвка транзистора и вид сверху на 4-х контактную колодку с транзистором.
Транзисторы МП35, МП36, МП37, МП38 - германиевые, усилительные, маломощные, низкочастотные, структуры n-p-n. Корпус металлостеклянный с гибкими выводами.

Рисунок 1 – Габаритные размеры, цокалевка транзистора и вид сверху на 4-х контактную колодку с транзистором

Рисунок 2 – Усилительный каскад на транзисторе с ОЭ.

Усилительный каскад на транзисторе с ОЭ (рисунок 2) предназначен для усиления только переменных сигналов. К входной цепи усилительного каскада относятся все элементы, подсоединяемые между базой и эмиттером транзистора, а также источник входного сигнала UВХ.
Выходная цепь каскада включает источник питания UП, управляемый элемент-транзистор VT1 и резистор RН. Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекающего коллекторного тока iК, управляемого током базы iБ, создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы UВЫХ. Остальные элементы играют вспомогательную роль.
Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными: С1 исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых, исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала, и, во-вторых, обеспечить независимость напряжения на базе в режиме покоя, т.е. при отсутствии входного сигнала u = 0, от внутреннего сопротивления источника входного сигнала. Назначение конденсатора С2 – пропускать в цепь нагрузки только переменную составляющую напряжения.
Резистора R1 и R2 используются для задания режима покоя каскада. Резистор RЭ является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации покоя каскада при изменениях температуры. Конденсатор СЭ шунтирует резистор RЭ по переменному току, исключая тем самым проявление отрицательной обратной связи в каскаде по переменным составляющим. Отсутствие СЭ приведет к уменьшению коэффициента усиления каскада.
Одиночный усилительный каскад на транзисторе, включенный по схеме с ОЭ, сдвигает фазу выходного напряжения по отношению к входному на 180°. Это одно из основных свойств такого каскада.

Основным показателем любого усилителя является его коэффициент усиления – это величина равная отношению выходного сигнала к входному. В зависимости от назначения усилителя различают коэффициент усиления по напряжению, току и мощности.

Основными характеристиками усилительного каскада являются:
амплитудная характеристика;
амплитудно-частотная характеристика.
Амплитудная характеристика представляет собой зависимость установившегося значения выходного переменного напряжения от входного переменного напряжения. Пример амплитудной характеристики приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Амплитудная характеристика
Идеальная характеристика должна представлять собой прямую линию, выходящую из начала координат. Отклонение выходного напряжения от идеальной зависимости в точке 2 вызывается ограничением синусоидального сигнала сверху или снизу (насыщение или отсечка транзистора). Отклонение от идеальной прямой в начале графика (точка 3) вызывается наличием шумового напряжения. Шум в усилительных приборах присутствует всегда, поэтому даже при отсутствии входного напряжения на выходе есть какое-то напряжение.
При UВХ > UВХmax линейность амплитудной характеристики нарушается из-за нелинейности вольт-амперных характеристик транзистора. Это приводит к появлению искажений относительной формы входного, т.е. так называемых нелинейных искажений. Нелинейные искажения могут возникнуть при любой форме входного сигнала. Они зависят от амплитуды входного сигнала, положения точки покоя на входных и выходных характеристиках транзистора, а также от вида этих характеристик.
Для построения амплитудной характеристики потребуются генератор переменного тока и вольтметр переменного напряжения. Амплитудную характеристику усилителей низкой частоты обычно строят для частоты 1000 Гц

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя представляет зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала при постоянстве значения амплитуды входного сигнала (UВХ = const). Общий вид АЧХ приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Общий вид амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)

Нелинейность АЧХ обусловлена наличием в схеме усилителя элементов (частности, конденсаторов и транзисторов), параметры которых зависят от частоты. АЧХ позволяет судить о частотных искажениях, называемых линейными. Также искажения возникают, если входной сигнал имеет сложную форму и его можно представить как сумму гармонических составляющих с различными частотами и амплитудами, которые усиливаются неодинаково, т.е. с различными коэффициентами усиления.
Анализируя рисунок 4, мы видим, что имеется диапазон частот с постоянным коэффициентом усиления. В области низких и высоких частот коэффициент усиления уменьшается (происходят так называемые «завалы» АЧХ).
Диапазон частот усиления, в пределах которого усилитель обеспечивает заданное значение коэффициента усиления, называют полосой пропускания (ПП), которая определяет нижнюю fН и верхнюю fВ граничные частоты усиления при заданном уровне частотных (линейных искажениях).
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) чаще всего строится по значениям, измеренным при помощи генератора и электронного вольтметра или осциллографа, реже применяется специализированный прибор — характериограф или измеритель АЧХ. В настоящее время такой прибор всё чаще реализуется на базе персонального компьютера или ноутбука. Структурная схема измерения амплитудно-частотной характеристики приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Структурная схема измерения амплитудно-частотной характеристики

В характериографе используется генератор качающейся частоты (свип-генератор), пределы изменения частоты которого соответствуют ширине амплитудно-частотной характеристики. Для отображения амплитудно-частотной характеристики используется экран осциллографа. В настоящее время это обычно жидкокристаллический индикатор. Структурная схема подключения характериографа к исследуемому радиоэлектронному блоку (усилителю) приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Структурная схема измерения амплитудно-частотной характеристики при помощи характериографа

При построении АЧХ, как правило, частота откладывается в логарифмическом масштабе. (см. ПРИЛОЖЕНИЕ)

Полоса пропускания определяется на уровне 0,707·K0 (1⁄√2·К_0) как разница верхней граничной fВ и нижней граничной fН частот. Ширина полосы пропускания выражается в единицах частоты (Гц либо единицах кратной герцам).
ПП=f_В-f_Н
На практике ни один усилитель не используется без обратной связи (ОС). Обратной связью называют передачу мощности электрического сигнала из выходной цепи во входную.
В усилителях в основном используется отрицательная обратная связь (ООС), введение которой позволяет улучшить почти все характеристики усилителей.

Рисунок 5 – Влияние отрицательной обратной связи (ООС) на АЧХ и амплитудную характеристику усилителя НЧ (пример)

В исследуемом усилительном каскаде (см. рисунок 2 и 9) применена ООС по току эмиттера, а резистора RЭ является элементом цепи обратной связи, которая необходима для стабилизации положения точки покоя при возможных изменениях температуры транзистора, т.е. используется эмиттерная температурная стабилизация.
Для исключения влияния ООС по переменному току на коэффициент усиления параллельно RЭ включен конденсатор CЭ. Если же СЭ отсутствует, то переменная составляющая тока эмиттера IЭ создает на резисторе RЭ падение напряжения.






Порядок выполнения работы.

4.1. Снятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя.

В соответствии с рисунком 6 собрать схему измерений.

Рисунок 6 – Схема для определения основных характеристик усилительного каскада
Е1, Е3 – источник постоянного напряжения; С1 = 10 мкФ
RБ = 10 кОм С2, С3 = 1 мкФ
Rк = 3,3 кОм RН = 1 кОм
RЭ = 100 Ом RН = 3,3 кОм
RН = 3 МОм

Установить на измерительных приборах необходимый предел измерений. Тумблеры переключения режимов работы вольтметров (PV1 и PV2) и амперметров (РА1 и РА2) установить в положение измерения переменных величин. Регулировки управления выходного напряжения источника Е1 и генератора повернуть против часовой стрелки до упора (минимальное выходное напряжение – 0 В).
Собранную схему показать преподавателю (технику, лаборанту).
После проверки преподавателем собранной схемы включить установку.
Подать питание на схему, включив источники постоянного напряжения Е3 и Е1.
На панели генератора НЧ установить форму выходного сигнала – синусоидальный, с помощью регулировки уровня выходного напряжения выставить UВХ = 0,01 В на частоте f = 1000 Гц.
С помощью регулировки источника Е1 необходимо добиться на выходе усилителя неискаженного синусоидального сигнала на осциллографе. Изменить частоту на генераторе, изменив диапазон, убедиться в том, что сигнал на выходе усилителя имеет неискаженную форму.
Таблица 2
Диапазон Частота
1 20 – 240 Гц
2 0,22 – 2,2 кГц
3 2,2 – 22 кГц
4 22 – 200 кГц
Последовательно устанавливая частоты, указанные в таблице 3, измерить UВЫХ и записываем в таблицу 3. При этом проверяем, чтобы UВХ = 0,01 В.
Таблица 3
Диапазон FГ,кГц RН = 1 кОм RН = 3,3 кОм RН = 3 МОм
UВЫХ,В КУС UВЫХ,В КУС UВЫХ,В КУС
1 0,04
0,06
0,1
0,2
2 0,4
0,7
1
2
3 4
7
10
14
18
20
4 25
30
35
40
50
70
100
120
140
160
180
190
195

По полученным данным таблицы 3 рассчитать коэффициент усиления КУС по формуле:
К_УС=U_ВЫХ/U_ВХ
По данным таблицы 3 построить АЧХ усилителя – КУС = f(FГ) при различных RН. Частоту откладывать в логарифмическом масштабе.
На полученных графиках отметить верхнюю fВ и нижнюю fН граничные частоты. По полученным графикам определить полосу пропускания (ПП) усилителя на уровне 0,707·К0, где К0 – максимальный коэффициент усиления. (см. ПРИЛОЖЕНИЕ)
ПП=f_В-f_Н

4.2. Снятие амплитудной характеристики усилителя.

Установить частоту ГНЧ f = 1000 Гц. RН = 3,3 кОм.
Последовательно изменяя UВХ от 0 до 100 мВ (таблица 4), произвести необходимые измерения UВЫХ.
Результаты измерений занести в таблицу 4 и построить график амплитудной характеристики – UВЫХ = f(UВХ).
Таблица 4
UВХ, мВ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
UВЫХ, мВ
Наблюдая форму выходного сигнала UВЫХ на экране осциллографа, найти значение входного напряжения UВХ, при котором наступают заметные искажения выходного напряжения. Зарисовать (сфотографировать) форму искаженного сигнала и отметить точку на амплитудной характеристике, в которой начинаются искажения.

Содержание отчета:

наименование работы и цель работы;
используемы приборы;
схемы измерений;
результаты измерений, занесенные в соответствующие таблицы;
построенные графики амплитудно-частотных характеристик и амплитудных характеристик при различных RН;
рассчитанные значения полосы пропускания при различных RН;
зарисованные (сфотографированные) формы искаженного сигнала на выходе усилителя;
выводы по работе;
ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

Что называется электронным усилителем? Объяснить принцип действия усилителя.
Перечислить основные параметры и характеристики усилителя.
Объяснить назначение элементов, входящих в схему усилительного каскада на транзисторе.
Объяснить характер экспериментальных зависимостей и осциллограмм, полученных в работе.
Что такое обратная связь? Как она влияет на параметры и характеристики усилителя?
Как осуществляется температурная стабилизация в усилителе?
Что такое полоса пропускания усилителя? Как ее определить?