Akustyczne wzmacniacze mocy

Transkrypt

1 Akustyczne wzmacniacze mocy 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, sposobem projektowania oraz parametrami wzmacniaczy mocy klasy AB zbudowanych z użyciem scalonych wzmacniaczy akustycznych mocy. 2. Opis układu Na rys. 1 przedstawiono schemat akustycznego mocy opartego na scalonym wzmacniaczu mocy TDA 2006, produkowanym przez SGS Thompson. Wzmacniacz TDA 2006 jest monolitycznym scalonym wzmacniaczem mocy klasy AB, pracującym przy typowym napięciu zasilania +12V, dostarczającym do obciążenia o impedancji 4Ω, moc wyjściową o wartości 12W przy zniekształceniach nieliniowych h = 10%. Przy obciążeniu impedancją 8Ω maksymalna moc wyjściowa wynosi 8W. Wzmacniacz TDA 2006 posiada układ zapobiegający jego uszkodzeniu w przypadku zwarcia wyjścia. Posiada on także układ zabezpieczający przed termicznym uszkodzeniem elementu gdy temperatura jego osiągnie C. Wyprowadzenia układu są w pełni kompatybilne ze wzmacniaczem TDA Rys. 1 Schemat akustycznego opartego na układzie TDA 2006 Impedancja wejściowa układu TDA 2006 jest równa 5 MΩ, wzmocnienie napięciowe układu przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego, dla częstotliwości 1 khz, wynosi 75dB. Dla zapewnienia poprawnej pracy układu wzmocnienie napięciowe przy zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego nie powinno być mniejsze niż 24 db. Szczegółowe dane techniczne TDA 2006 znajdują się w nocie aplikacyjnej układu dołączonej do instrukcji ćwiczenia. 1

2 Funkcje poszczególnych elementów w układzie W Tabeli 1 (zaczerpniętej z noty aplikacyjnej TDA 2006) zawarto opis funkcji poszczególnych elementów układu przedstawionego na rys. 1. Tabela 1. Opis elementów zastosowanych w aplikacji układu TDA 2006 Element Zalecana wartość Funkcja Zwiększenie wartości względem zalecanej R 1 22 kω Określa warunki stałoprądowe, określa impedancję wejściową w zakresie częstotliwości średnich, wraz z kondensatorem C 1 tworzy biegun wpływający na wartość częstotliwości dolnej układu R 2 22 kω Ustala wraz z rezystorem R 3 wartość R2 układu K u = 1+ R R Ω Ustala wraz z rezystorem R 2 wartość R2 układu K u = 1+, wraz z R3 kondensatorem C 2 tworzy biegun wpływający na wartość dolnej częstotliwości granicznej R 4 1Ω Zapewnia stabilność układu w zakresie wielkich częstotliwości C 1 2.2µ Separuje stałoprądowo układ od źródła sygnału, tworzy wraz z rezystorem R 1 biegun wpływający na wartość dolnej częstotliwości granicznej układu C 2 22µF Ogranicza wzmocnienie napięciowe dla prądu stałego do jedności stanowiąc rozwarcie pomiędzy rezystorem R 3, a masą dla napięć stałych, wraz z rezystorem R 3 tworzy biegun wpływający na wartość dolnej częstotliwości granicznej. C 3 C nf Kondensatory blokujące zasilanie 3 Zwiększa impedancję wyjściową układu, zmniejsza dolną częstotliwość graniczną Zwiększa wartość wzmocnienia napięciowego Zmniejsza wartość, zwiększa wartość dolnej częstotliwości granicznej układu Niebezpieczeństwo pojawienia się wielko częstotliwościowych oscylacji przy pracy układu z obciążeniem Obniża wartość dolnej częstotliwości granicznej Obniża wartość dolnej częstotliwości granicznej Zmniejszenie wartości względem zalecanej Zmniejsza impedancję wyjściową układu, zwiększa dolną częstotliwość graniczną Zmniejsza wartość Zwiększa wartość, zmniejsza wartość dolnej częstotliwości granicznej układu Zwiększa wartość dolnej częstotliwości granicznej Zwiększa wartość dolnej częstotliwości granicznej Niebezpieczeństwo pojawienia się wielko częstotliwościowych oscylacji przy pracy układu z obciążeniem 2

3 Tabela 1 (c.d.) Element Zalecana wartość Funkcja C 5 C µf Kondensatory blokujące zasilanie C nf Zapewnia stabilność układu w zakresie wielkich częstotliwości Zwiększenie wartości względem zalecanej Zmniejszenie wartości względem zalecanej Niebezpieczeństwo pojawienia się wielko częstotliwościowych oscylacji przy pracy układu z obciążeniem Niebezpieczeństwo pojawienia się wielko częstotliwościowych oscylacji przy pracy układu z obciążeniem D 1 D 2 1N4001 Zabezpieczają układ przed pojawiającymi się na wyjściu impulsami wysokonapięciowych Projekt Na podstawie danych podanych przez prowadzącego (maksymalna moc wyjściowa P WYmax, rezystancja obciążenia R L, maksymalna amplituda napięcia wejściowego U WEmax, rezystancja generatora R g, rezystancja wejściowa R WE, dolna częstotliwość graniczna f d, zakres temperatur pracy) należy zaprojektować układ przedstawionego na rys.1. Sposób projektowania przedstawiono w dodatku do ćwiczenia pt. Projektowanie mocy. 3

4 Widok płytki drukowanej Na rys 2 przedstawiono widok od strony elementów płytki drukowanej przedstawionego na schemacie na rys. 1. Płytka zawiera dodatkowo, nie uwzględnione na rys. 1, gniazdo GN3 umożliwiające podłączenie zasilania do układu. Rys. 2. Widok płytki drukowanej układu od strony elementów Widok obudowy układu TDA 2006 wraz z wyprowadzeniami przedstawiono na rys. 3. Rys. 3. Widok TDA 2006 wraz z opisem wyprowadzeń 4

5 3. Program ćwiczenia. Układ pomiarowy Na rys. 4 przedstawiono schemat układu pomiarowego mocy. Oscyloskop CH1 CH2 CH1 CH2 Generator Wzmacniacz mocy GN1 GN2 GN3 R L A + - Zasilacz + - Zasilacz Rys. 4. Schemat blokowy układu pomiarowego Miernik zniekształceń 3.1. Przygotowanie do pomiarów Przed przystąpieniem do pomiarów należy zmontować przedstawiony na rys. 4 układ pomiarowy. Przed podłączeniem zasilania do należy na obu zasilaczach ustawić napięcie zasilania U Z zgodne z wyznaczonym w projekcie. Przed podłączeniem rezystora obciążającego wzmacniacz należy ustawić na nim wartość rezystancji R L zgodną z zadaną w projekcie Pomiar charakterystyki liniowości Pomiary wykonujemy przy częstotliwościach sygnału z generatora równych 1 khz i 15 khz. Należy zmierzyć wartości: napięcia wyjściowego U WY, prądu pobieranego z jednego z zasilaczy I Z, współczynnika zawartości harmonicznych h, w funkcji amplitudy napięcia wejściowego U WE. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów należy wyznaczyć i wykreślić w skali liniowej zależności: - liniowości układu U WY = f (U WE ), 2 UWY - skutecznej mocy wyjściowej od napięcia wejściowego P WY = f(u WE ), PWY = ; 2R - mocy dostarczonej od napięcia wejściowego P D = f(u WE ), P D = U Z I Z ; - mocy strat od napięcia wejściowego P S = f(u WE ), PS = PD PWY ; PWY - sprawności energetycznej od napięcia wejściowego η = f ( U WE ), η = ; P D L 5

6 - zawartości harmonicznych od napięcia wejściowego h = f(u WE ) Pomiar charakterystyk częstotliwościowych K U = i fazo- Należy zmierzyć charakterystyki częstotliwościowe: amplitudową f ( f ) wą ( K U ) = f ( f ) arg. Pomiary należy wykonać dla stałej amplitudy sygnału wejściowego, przy pracy liniowej układu (dla napięcia wejściowego odpowiadającego mocy wyjściowej równej 0.1P przy częstotliwości 1kHz). Uzyskane wyniki pomiarów wykreślić w skali logarytmiczno liniowej. Określić wartości trzydecybelowych częstotliwości granicznych dolnej f d i górnej f g Pomiar pasma mocy układu Należy zmierzyć zależność mocy wyjściowej od częstotliwości. Pomiar należy wykonać dla stałej wartości współczynnika zawartości harmonicznych z zakresu ( 0.5% h 5% ) np. h = 1%. Uzyskane wyniki pomiarów wykreślić w skali logarytmiczno liniowej. Następnie należy wyznaczyć wartość dolnej f PBd i górnej f PBg częstotliwości granicznej pasma mocy Wyniki pomiarów Oprócz wykreślenia charakterystyk, na podstawie pomiarów opisanych w pkt , należy umieścić w przedstawionej poniżej tabeli najważniejsze wyniki pomarów. Teoretyczną wartość zniekształceń nieliniowych dla danej mocy wyjściowej należy odczytać z charakterystyk umieszczonych na rys. 2 w nocie aplikacyjnej TDA 2006 (str. 4 noty Fig. 2). Parametr Wartość zadana (obliczona) Wartość zmierzona P Wymax [W] K Umax [V/V] f d [Hz] f g [khz] h [%] dla P WYmax 4. Literatura [1] Nota aplikacyjna TDA 2006 SGS Thomson Microelectronics [2] A. Pralat (red.) Laboratorium Układów Elektronicznych cz. 1 Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 1998 Wrocław [3] S. Kuta (red.), Elementy i układy elektroniczne cz.1, AGH Uczelniane Wydawnictwo Naukowo Dydaktyczne, Kraków 2000 [4] U. Tietze, C. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 1997 [3] M. Feszczuk Wzmacniacze elektroakustyczne,wkł, Warszawa 1986 WY 6