Ćwiczenie 4: Pomiar parametrów i charakterystyk wzmacniacza mocy małej częstotliwości REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Transkrypt

1 REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU R C E Z w B I Ł G O R A J U LABORATORIUM pomiarów elektronicznych UKŁADÓW ANALOGOWYCH Ćwiczenie : Pomiar parametrów i charakterystyk wzmacniacza mocy małej częstotliwości Opracował mgr inż. Artur Kłosek Biłgoraj

2

3 Przeczytaj w domu i zapamiętaj!!! wiedza niezbędna podczas wykonywania ćwiczenia. ^ Obliczanie mocy wyjściowej P wy, mocy pobieranej z zasilania P Z i sprawności η wzmacniacza mocy. W przypadku braku watomierza moc wydzielaną na obciążeniu o charakterze rezystancyjnym można obliczyć ze wzoru: P WY = U WY, a moc pobieraną z zasilania: P Z =U Z I Z. R O Sprawność energetyczna wzmacniacza mocy określona jest zależnością: η = P WY P Z. charakterystyka Obciążeniowa P WY = f(r obc ) oraz charakterystyka zniekształceń nieliniowych h = f(r o ). Rezystancja optymalna r opt. P WY [W] 7 5 P WYmax h [%],% 3 R O ,%,%,%,%,%,% R O,% R OPT Ω Ω Rezystancja optymalna wzmacniacza mocy jest to taka rezystancja obciążenia, przy której moc wyjściowa jest możliwie największa przy minimalnych zniekształceniach. Zmniejszenie rezystancji obciążenia poniżej optymalnej powoduje znaczny wzrost zniekształceń. Charakterystyka przejściowa P wy =f(u we ) P WYmax P WY [W] 5,5 3,5 3,5,5,5 [mv] U P U WE

4 Charakterystyka częstotliwościowa p wy = f(f) Oś częstotliwości powinna być w skali logarytmicznej. Skala logarytmiczna jest nieliniowa. Aby zaznaczyć na osi f zmierzoną wartość częstotliwości, należy wprowadzić pomocniczą skalę log f i każdy z wyników zlogarytmować. Wtedy otrzymamy pomocniczą skalę liniową, na której łatwo zaznaczyć zmierzoną częstotliwość. Przykłady: f = Hz, log f = log =,3 f = 5kHz, log f = log 5 =,7,3 3 5 log f k k k M,7 5k [Hz] f Wyznaczanie pasma przenoszenia wzmacniacza mocy. W przypadku wzmacniacza mocy, pasmo przenoszenia wyznaczamy obniżając o połowę poziom mocy wyjściowej maksymalnej i odczytując odpowiadające mu częstotliwości graniczne: f gd dolną częstotliwość graniczną i f gg górną częstotliwość graniczną. [W] P WY P WYmax / f gd f gg charakterystyka mocy wyjściowej w funkcji napięcia zasilania P wy = f(u z ). [W] P WY U Z [V]

5 Program ćwiczenia. U. Pomiar pola słuchowego ucha ludzkiego... Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = 5V i podłącz do wyjścia głośnik szerokopasmowy... Do wejścia wzmacniacza podłącz napięcie sinusoidalne f = khz o takiej wartości U WE, dla której napięcie wyjściowe znajdzie się na granicy zakresu liniowego. Jest to napięcie przesterowania U P. Po przekroczeniu napięcia przesterowania na wyjściu pojawiają się zniekształcenia..3. Zmniejszaj częstotliwość napięcia wejściowego, do momentu zaniku słyszalności sygnału dźwiękowego. Dolna częstotliwość graniczna pola słuchowego wynosi...hz... Zwiększaj częstotliwość napięcia wejściowego, do momentu zaniku słyszalności sygnału dźwiękowego. Górna częstotliwość graniczna pola słuchowego wynosi...khz.. pomiar charakterystyki obciążeniowej P wy = f(r o ). Obserwacja przebiegu napięcia wyjściowego... Narysuj blokowy schemat pomiarowy uwzględniający przyrządy pomiarowe niezbędne do przeprowadzenia pomiaru charakterystyki obciążeniowej i obserwacji przebiegu napięcia wyjściowego. Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = 5V i podłącz do wyjścia rezystor dekadowy nastawiając wartość rezystancji R O = Ω... Do wejścia wzmacniacza podłącz napięcie sinusoidalne f = khz o wartości U P (przesterowania), dla której napięcie wyjściowe znajdzie się na granicy zakresu liniowego. Zmniejszając rezystancję obciążenia od wartości Ω do Ω, wyznacz charakterystykę obciążeniową wzmacniacza P WY = f(r O ). Dla każdego pomiaru oblicz sprawność wzmacniacza η. Podczas wyznaczania charakterystyki obciążeniowej obserwuj kształt przebiegu napięcia wyjściowego. U WE = U P =...[mv] R O [Ω] U WY [V] P WY [W] I Z [A] P Z [W] η[%] Na podstawie obserwacji przebiegu napięcia wyjściowego określ wartość rezystancji optymalnej wzmacniacza mocy pamiętając, że zmniejszenie rezystancji obciążenia poniżej optymalnej powoduje znaczny wzrost zniekształceń. R OPT =...Ω Porównaj otrzymane wyniki U P i R OPT z wartościami znamionowymi.

6 3. pomiar charakterystyki zniekształceń nieliniowych h = f(r o ). 3.. W blokowym schemacie pomiarowym z poprzedniego punktu uwzględnij przyrządy pomiarowe niezbędne do przeprowadzenia pomiaru charakterystyki zniekształceń. Dokonaj kalibracji miernika zniekształceń nieliniowych. W tym celu do wejścia miernika podłącz generator i ustaw napięcie równe napięciu na wyjściu wzmacniacza mocy w punkcie.. Tłumikiem wejściowym miernika zniekształceń ustaw poziom sygnału wejściowego, tak aby zapaliła się zielona dioda OK. Ustaw mnożnik wartości zniekształceń w pozycji x, i znajdź taką częstotliwość napięcia wejściowego, aby świeciła się jak najniższa dioda wskazująca poziom zniekształceń. 3.. Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = 5V i podłącz do wyjścia rezystor dekadowy nastawiając wartość rezystancji R O = Ω. Do wejścia wzmacniacza podłącz napięcie sinusoidalne o częstotliwości wyznaczonej w punkcie 3. i napięciu o wartości U P (przesterowania), dla której napięcie wyjściowe znajdzie się na granicy zakresu liniowego. Do wyjścia wzmacniacza podłącz miernik zniekształceń i zmniejszając rezystancję obciążenia od wartości Ω do Ω, wyznacz charakterystykę zniekształceń wzmacniacza h = f(r O ). U WE = U P =...[mv] R O [Ω] h[%]. pomiar charakterystyki przejściowej U wy = f(u WE ) i p wy = f(u WE )... Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = 5V i podłącz do wyjścia rezystor dekadowy nastawiając wartość rezystancji równą optymalnej R O = Ω... Do wejścia wzmacniacza podłącz napięcie sinusoidalne f = khz o wartości równej napięciu U P (przesterowania). Zmniejszając napięcie wejściowe na generatorze od napięcia przesterowania do napięcia U WE = mv, wyznacz charakterystyki przejściowe wzmacniacza U WY = f(u WE ) i P WY = f(u WE ). Dla każdego pomiaru oblicz sprawność wzmacniacza η. R OPT = [Ω] U WE [mv] U WY [V] P WY [W] I Z [A] P Z [W] η[%]

7 5. pomiar charakterystyki częstotliwościowej P WY = f(f). 5.. Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = 5V i podłącz do wyjścia rezystor dekadowy nastawiając wartość rezystancji równą optymalnej R O = Ω. Narysuj blokowy schemat pomiarowy uwzględniający przyrządy pomiarowe niezbędne do przeprowadzenia pomiaru charakterystyki częstotliwościowej. 5.. Do wejścia wzmacniacza podłącz napięcie sinusoidalne f = khz o wartości równej napięciu U P (przesterowania). Ponieważ charakterystyka częstotliwościowa dla średnich częstotliwości jest funkcją stałą, pomiary należy przeprowadzić tylko dla zakresu małych i dużych częstotliwości. Początkowo należy wyznaczyć granice obu zakresów. Korzystając z oscyloskopu obserwuj wartość napięcia wyjściowego zmniejszając częstotliwość napięcia wejściowego. W momencie kiedy napięcie zacznie się zmniejszać, odczytaj częstotliwość. Jest to granica zakresu małych częstotliwości. Postępując podobnie, lecz zwiększając częstotliwość od khz, wyznacz granicę zakresu górnych częstotliwości. Rozpoczynając od granicy małych częstotliwości, wykonaj pomiary napięcia wyjściowego oscyloskopem, zmniejszając częstotliwość do Hz. Rozpoczynając od granicy dużych częstotliwości, wykonaj pomiary napięcia wyjściowego oscyloskopem, zwiększając częstotliwość do MHz. f [Hz] zakres małych częstotliwości U WY P WY P I [V] [W] Z [A] Z [W] η[%] f [Hz] zakres dużych częstotliwości U WY P WY I Z P Z [V] [W] [A] [W] η[%]. pomiar charakterystyki mocy wyjściowej w funkcji napięcia zasilania P wy = f(u z )... Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = V i podłącz do wyjścia rezystor dekadowy nastawiając wartość rezystancji równą optymalnej R O = Ω... Do wejścia wzmacniacza podłącz napięcie sinusoidalne f = khz o wartości równej napięciu U P (przesterowania). Zwiększając napięcie zasilania do wartości 3V ustawiaj za każdym razem na wejściu napięcie przesterowania. R OPT = [Ω] U Z [V] U WE [mv] U WY [V] P WY [W] I Z [A] P Z [W] η[%] 5 7 3

8 Schemat układu ćwiczeniowego. +U Z Parametry układu TDA 3: P WYmax = W R ON = Ω U Z = ± do ±V (+ do +3V) B = Hz - khz d =,5% U P = mv(r O = Ω, U Z = 5V) opracowanie ćwiczenia. wskazówki niezbędne podczas wykonywania sprawozdania. U Sprawozdanie wykonaj według kolejnych podpunktów zamieszczonych w programie ćwiczenia. W punktach., 3. i 5. zamieść Blokowe schematy pomiarowe uwzględniające użyte przyrządy pomiarowe. W punktach., 3.,., 5. i. Wykreśl zmierzone charakterystyki. Zaznacz na charakterystykach parametry wzmacniacza mocy: rezystancję optymalną. Maksymalną moc wyjściową, Napięcie przesterowania, częstotliwości graniczne, pasmo przenoszenia. W punktach.,., 5. i. oblicz sprawność wzmacniacza i wykreśl charakterystyki sprawności w funkcji rezystancji obciążenia, napięcia wejściowego, częstotliwości oraz napięcia zasilania. Na podstawie charakterystyk opisz warunki pracy wzmacniacza dla największej sprawności. Przykładowe zadanie zaliczeniowe. wskazówki niezbędne podczas zaliczenia. Zasil wzmacniacz mocy napięciem U Z = 5V. Wyznacz charakterystykę obciążeniową P wy = f(r o ) wzmacniacza mocy, a na jej podstawie rezystancję optymalną R OPT wzmacniacza. PODCZAS POMIARÓW ZANOTUJ PRĄD POBIERANY Z ZASILACZA PRZY REZYSTANCJI OPTYMALNEJ. Zmierz charakterystykę przejściową P WY = f(u WE ) zmierz charakterystykę częstotliwościową P WY = f(f) wzmacniacza mocy. zmierz charakterystykę mocy wyjściowej w funkcji napięcia zasilania P WY = f(u Z ) Wykreśl zmierzone charakterystyki i zaznacz na nich parametry wzmacniacza mocy. PODAJ DEFINICJE ZAZNACZONYCH PARAMETRÓW. OBLICZ SPRAWNOŚĆ WZMACNIACZA PRZY REZYSTANCJI Optymalnej. Do wyboru