Знакомство с экспериментальной установкой, сборка и опробование схемы.

 

 

Рис.1 Принципиальная схема экспериментальной установки исследования УННЧ

На схеме приняты следующие обозначения:

 

VT1 - транзистор;

Сб1, Сб2 – разделительные конденсаторы;

Сэ – конденсатор в цепи эмиттера;

Rcм – резистор смещения;

Rб – резистор базы;

Rэ – резистор эмиттера;

Rк – резистор коллектора;

Rн – сопротивление нагрузки;

PV1, PV2 – электронные вольтметры;

PZ – генератор низкой частоты;

PG – двухканальный осциллограф.

 

Схема каскада усилителя низкой частоты собрана на отдельной панели. Расположение всех элементов на панели соответствует их расположению на принципиальной схеме.

Усилитель низкой частоты выполнен на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ с цепями температурной стабилизации, включающей в себя элементы Rб, Rэ, Сэ. На панели имеется возможность отключать емкость Сэ, что приводит к введению обратной отрицательной связи по току.

 

3. Измерение основных параметров усилителя.

 

К основным параметрам усилителя относятся: номинальная выходная мощность, чувствительность, коэффициент усиления, уровень фона, коэффициент частотных искажений, полоса пропускания.

 

3.1. Определение номинальной выходной мощности.

Номинальная выходная мощность – наибольшая выходная мощность, которая может быть получена на выходе при минимальном коэффициенте искажений. Выходная мощность определяется по формуле:

 

; В*А

 

где U_н.вых – номинальное выходное напряжение, соответствующее номинальной выходной нагрузке, В

Zн - полное сопротивление нагрузки, Ом.

Способ измерения: напряжение от звукового генератора с частотой 400 или 1000 Гц подается на вход усилителя низкой частоты, а на выход подключают электронный вольтметр и осциллограф. Увеличивают входное напряжение до тех пор пока на выходе искажения не станут заметны на глаз. Для этого на первый канал осциллографа подают сигнал со входа усилителя, а на второй с выхода. Когда синусоида на выходе усилителя будет едва отличаться от синусоиды на входе, величина нелинейных искажений составит 7 – 8%.

Нормальная выходная мощность характеризует работу усилителя практически без нелинейных искажений:

 

Р_норм= 0,1 Р_ном

 

Нормальное выходное напряжение определяется:

 

U_норм= 0,316 U_ном

 

3.2. Измерение чувствительности усилителя:

Чувствительность – величина звукового напряжения на входе усилителя, при которой выходная мощность равна номинальной.

Измеряя номинальную выходную мощность в предыдущем опыте, на вход усилителя подавалось напряжение, при котором на выходе были минимальные нелинейные искажения. Это напряжение на входе и будет чувствительностью усилителя.

3.3. Определение уровня фона.

Уровень фона – отношение напряжения фона к номинальному выходному напряжению.

Напряжение фона изменяется на выходе усилителя. Входные гнезда должны быть замкнуты накоротко. Измеренное напряжение фона, отнесённое к номинальному выходному напряжению и выраженное в децибеллах, показывает уровень фона усилителя.

 

Дб.

3.4. Определение полосы пропускания УНЧ.

Полоса пропускания – область частот в пределах которой изменение коэффициента усиления не выходит за заданные допустимые пределы. Обычно на граничных F_mах и F_min допускается уменьшение коэффициента уменьшения на 3 Дб (в раз) по сравнению с его величиной на средних частотах.

Полосу пропускания УНЧ определяют следующим образом:

на вход усилителя от звукового генератора подаётся напряжение частотой 1000 Гц, равное нормальному. Затем перестраивают генератор сначала на нижнюю, а затем на верхнюю частоты до тех пор, пока выходное напряжение не изменится на 3 Дб (в раз). Разность частот F_в и F_н будет равна полосе пропускания.

 

3.5. Определение коэффициента частотных искажений.

Частотные искажения - искажения, вызываемые непостоянством коэффициента усиления на разных частотах. Степень искажения на отдельных частотах выражается коэффициентом частотных искажений, равным отношению коэффициента усиления на данной частоте к коэффициенту искажения на средней частоте. Коэффициент частотных искажений в области нижних звуковых частот равен

 

;

и в области верхних звуковых частот

 

;

 

где К_о, К_н, К_в – коэффициенты усиления на низких, средних и высоких частотах.

Способ измерения:

От генератора звуковой частоты на входные гнёзда усилителя подают напряжение частотой 1000 Гц, равное нормальному. Затем перестраивают генератор на заданную частоту и не изменяя входного напряжения вновь замеряют напряжение на нагрузке усилителя. Отношение этих напряжений в относительных величинах или в децибелах будет показывать коэффициент частотных искажений.

 

4. Исследование характеристик усилителя.

 

4.1. Исследование амплитудной характеристики U_вых = f(U_вых)

Амплитудная характеристика – зависимость напряжения на выходе от напряжения на входе на средней частоте. Она позволяет судить о том, на сколько постоянен коэффициент усиления при разных значениях входного напряжения.

Способ измерения: на входные звезда от звукового генератора подают напряжение частотой 1000 Гц. Напряжение на выходе измеряют электронным вольтметром. Изменяя величину входного напряжения от нуля до 100 мВ с интервалом 10 мВ, а затем до 1 В с интервалом 100 мВ. Результаты опытов заносятся в таблицу 1 по которой строится зависимость Uвых = f(U_вх).

При измерении наблюдают за формой выходного сигнала по осциллографу и отдельно отмечают точку, в которой появляются заметные на глаз искажения. Данные измерения в этой точке используются для пунктов 3.1, 3.2.

Таблица 1. Опытные данные исследования амплитудной характеристики.

 

 

Uвх

мВ

…..

…..

Uвых

В

 

 

4.2. Исследование частотной характеристики Ku=f (F) без обратной отрицательной связи.

Частотная характеристика представляет собой зависимость коэффициента усиления от частоты при постоянном напряжении на входе. Частотная характеристика измеряется при величине входного напряжения при котором на выходе устанавливается нормальное напряжение на частоте 1000 Гц. Величина входного напряжения поддерживается постоянной, а частота изменяется от 20 Гц до 200 кГц. В этом опыте осциллограф не используется и должен быть отключён.

Результаты измерений заносят в таблицу 2. В эту таблицу заносят результаты расчёта коэффициента усиления усилителя на каждой частоте вычисляемые по формуле

Затем в эту же таблицу заносят результаты расчёта коэффициента частотных искажений на каждой из измеренных частот вычисляемых по формуле

;

 

Таблица 2. Опытные данные исследования частотной характеристики.

 

F

Гц

…..

Uвых

В

К

о.е

М

о.е

 

По данным таблицы 2 строится график частотной характеристики в логарифмическом масштабе.

 

4.3. Исследование амплитудно-частотной характеристики М=f(F) c обратной отрицательной связью.

Для введения обратной отрицательной связи по току необходимо из схемы усилителя низкой частоты удалить ёмкость Сэ.

По методике, описанной в пункте 4.2. произвести снятие и построение частотной характеристики УНЧ с обратной отрицательной связью. Построение графиков провести на одних и тех же осях.

 

5. Оформление бланка отчета.

В продолжении пункта 1.2. провести необходимые расчеты и занести их в таблицы 2 и 3.

На построенных АЧХ указать полосы пропускания.

Сравнить коэффициенты усиления усилителя с ООС и без неё.

Сделать выводы по проделанной работе.