Badanie wzmacniacza niskiej częstotliwości

Transkrypt

1 Instytut Fizyki ul Wielkopolska Szczecin 9 Pracownia Elektroniki Badanie wzmacniacza niskiej częstotliwości (Oprac dr Radosław Gąsowski) Zakres materiału obowiązujący do ćwiczenia: klasyfikacje wzmacniaczy; wzmacniacze napięciowe małej częstotliwości; charakterystyki częstotliwościowe (amplitudowa i fazowa) wzmacniacza; charakterystyka dynamiczna wzmacniacza; częstotliwości graniczne i pasmo przenoszenia wzmacniacza; sprzężenia zwrotne w wzmacniaczach; pomiar przesunięcia fazowego metodą krzywych Lissajous

2 Przebieg ćwiczenia Wyznaczenie charakterystyki częstotliwościowej i dynamicznej Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem na rys V U wzmacniacz Wy We Generator wyjście V U Rys a) Ustawić częstotliwość generatora na f=000hz Zmierzyć wartość napięcia wejściowego U oraz napięcia wyjściowego U Tabela pomiarowa: f=000hz Typ i nr woltomierza: Klasa: Typ i nr woltomierza: Klasa: U [V] Zakres[V] U [V] Zakres[V]

3 b) Zmieniając częstotliwość generatora od 0Hz do 0000Hz dokonać pomiaru zależności napięcia wyjściowego wzmacniacza w funkcji częstotliwości U =f(f) dla stałej wartości napięcia wejściowego U =const (kontrolować wartość na mierniku i w razie potrzeby regulować pokrętłem "REG NAPIĘCIA") Dokładność odczytu częstotliwości przyjąć f = ±5% Tabela pomiarowa: U = Zakres: Typ i nr woltomierza: Klasa: Typ i nr woltomierza: Klasa: Lp f [Hz] U [V] Zakres[V] 0 c) Zmieniając napięcie wejściowe U od wartości minimalnej do maksymalnej (pokrętło "REG NAPIĘCIA" na generatorze) dokonać pomiaru napięcia wyjściowego wzmacniacza U w funkcji napięcia wejściowego U =f(u ) przy stałej częstotliwości f=const Tabela pomiarowa: f = ±5% Typ i nr woltomierza: Klasa: Typ i nr woltomierza: Klasa: Lp U [V] Zakres[V] U [V] Zakres[V] 5

4 Pomiar przesunięcia fazowego metodą elipsy (krzywe Lissajous) Połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem na rys Y wzmacniacz Wy We Rys Generator wyjście Oscyloskop X Przed przystąpieniem do pomiarów napięcie wyjściowe generatora ustawić na "zero" (pokrętło "REG NAPIĘCIA" skręcić maksymalnie w lewo), następnie ustawić plamkę świetlną na środku ekranu odpowiednimi pokrętłami oscyloskopu Punkt ten przyjmujemy jako punkt przecięcia osi poziomej x z osią pionową y układu współrzędnych na ekranie oscyloskopu Wybrać dowolne napięcie wejściowe U (pokrętłem "REG NAPIĘCIA") i dobrać takie współczynniki odchylania dla wejścia X i Y oscyloskopu, aby uzyskany przebieg był widoczny możliwie na całym ekranie Zmieniając częstotliwość generatora od 0Hz do 0000Hz zmierzyć fazową charakterystykę częstotliwości wzmacniacza Pomiar zależności różnicy faz napięć wyjściowego i wejściowego w funkcji częstotliwości wykonać w sposób pośredni Stosujemy tzw metodę porównawczą odczytując z ekranu, dla wybranych częstotliwości, wartości napięć, w następujący sposób: U m - napięcie odpowiadające maksymalnej wysokości elipsy (odczyt na osi y); U o - napięcie odpowiadające wysokości tej części elipsy, która przecina pionową oś y (odczyt na osi y) 4

5 UWAGA: W trakcie pomiarów uwzględniać i notować zmiany orientacji elipsy ( i lub i 4 "ćwiartka" układu współrzędnych) Tabela pomiarowa: współczynnik odchylania osi Y [V/dz] = Y [V/dz] = Lp f [Hz] U m [dz] U o [dz] orientacja elipsy 0 Pomiar rezystancji wejściowej i wyjściowej wzmacniacza Stosując układy pomiarowe przedstawione na rysunku i 4 zmierzyć dla częstotliwości środkowej f przenoszonego pasma rezystancję wejściową R we i wyjściową R wy wzmacniacza Pomiar wykonać metodą pośrednią Ustalić wartość napięcia wejściowego U Zmierzyć wartość napięcia wyjściowego U przy odłączonym rezystorze R oraz napięcia wyjściowego U (R) przy dołączonym rezystorze R do wejścia wzmacniacza (rys) V U wzmacniacz Generator wyjście Wy We R Rys 5

6 Przy ustalonej wartości napięcia wejściowego U zmierzyć wartość napięcia wyjściowego U przy odłączonym rezystorze R oraz napięcia wyjściowego U (R) przy dołączonym rezystorze R do wyjścia wzmacniacza (rys4) V U R wzmacniacz Generator wyjście Wy We Rys4 Wartości rezystorów: R = (6800 ± 00) Ω, R = (0 ±0,) Ω, Tabela pomiarowa: Typ i nr woltomierza: Klasa: R = R = R = R = Rezystor U [V] Zakres[V] U (Rez) [V] Zakres[V] R R 6

7 Opracowanie wyników Sporządzenie charakterystyki częstotliwościowej i dynamicznej a) Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza Sporządzić tabelę oraz wykres charakterystyki częstotliwościowej K U =f(f) przy U =const W tym celu należy najpierw obliczyć wzmocnienie napięciowe dla mierzonych częstotliwości K U(f) ze wzoru: U(f) K U (f) = U(f = 000Hz) Obliczyć również niepewności K U (f) Wyznaczyć i nanieść na wykres częstotliwości graniczne wzmacniacza f d i f g oraz szerokość pasma przenoszenia f p Na wykresie zaznaczyć również prostokąty niepewności pomiarowych, przy czym dla częstotliwości zastosować skalę logarytmiczną Tabela wyników: U = U = Typ i nr woltomierza: Klasa: Typ i nr woltomierza: Klasa: Lp f [Hz] f [Hz] U [V] U [V] K U (f) K U (f) 0 b) Charakterystyka dynamiczna wzmacniacza Sporządzić tabelę oraz wykres charakterystyki dynamicznej wzmacniacza U =f(u ) Na wykresie nanieść prostokąty niepewności pomiarowych 7

8 Tabela wyników: f = f = Typ i nr woltomierza: Klasa: Typ i nr woltomierza: Klasa: Lp U [V] U [V] U [V] U [V] 5 Wyznaczenie fazowej charakterystyki częstotliwościowej W oparciu o uzyskane wyniki w punkcie sporządzić tabelę i wykres fazowej charakterystyki częstotliwościowej ϕ = f(f) przy stałym napięciu wejściowym U = const Wartości różnicy faz napięcia wyjściowego i wejściowego ϕ obliczyć korzystając ze wzoru: sin( ϕ ) = U U o m uwzględniając orientację elipsy Zaznaczyć na wykresie przesunięcia fazowe ϕ d i ϕ g dla częstotliwości granicznych Tabela wyników: U = Lp f [Hz] U m [dz] U o [dz] sin(ϕ) ϕ [ ] 0 8

9 Wyznaczenie rezystancji wejściowej i wyjściowej wzmacniacza Na podstawie wyników uzyskanych w punkcie obliczyć rezystancję wejściową R we i R we Obliczenia wykonać korzystając z odpowiednio przekształconych zależności: U Rwe + R = U R (R) (R) we U R + wy R = U R Tabela wyników: R = R = R = R = R we [Ω] R we [Ω] R wy [Ω] R wy [Ω] Przykładowe obliczenia Dla każdego punktu ćwiczenia podać po przykładzie obliczenia wyznaczanej wielkości oraz niepewności pomiarowej, wg schematu: wzór końcowy = podstawione zmierzone wielkości wraz z jednostkami = wynik końcowy Dyskusja i wnioski Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i niepewności pomiarowych Zestaw przyrządów i wyposażenia Wzmacniacz z zasilaczem; Oscyloskop STD-50XY; Generator ; 4 Multimetr V640 - szt 5 Rezystory R i R ; 6 Przewody koncentryczne - 4 szt 9

10 Literatura Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków, praca zbior WNT, Warszawa 99; Elementy i układy liniowe, laboratorium elektroniki, pod redakcją J Piechoty Wyd UŚ, Katowice 979; Golde W: Układy elektroniczne, T WNT, Warszawa 976; 4 Michalski A, Wysocka F: Laboratorium elektroniki, Wyd WSP, Bydgoszcz 990; 5 Śledziewski R: Elektronika dla fizyków, PWN, Warszawa 98; 6 Tietze U, Schenk Ch: Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa 987 0