RIEDL 4.EB – 6 – 1/8
1.ZADÁNÍ a) Na předloženém nízkofrekvenčním zesilovači impedanci b) Změřte zesílení a zisk pro výkon 50% c) Změřte útlumovou charakteristiku
změřte
vstupní
Měření proveďte při Ucc=20V a maximálně 50% jmenovitého výkonu. Vstupní impedanci a zisk změřte při 1kHz. Útlumovou charakteristiku v pásmu 10Hz – 100kHz při konstantním vstupním napětí a zpracujte ji graficky Určete mezní kmitočty a šířku pásma pro pokles o 3dB
2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je nízkofrekvenční zesilovač. Štítkové údaje zesilovače nejsou k dispozici. Víme pouze, že snese napájecí napětí Ucc=20V.
3.TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU V tomto měření měříme vstupní impedanci, zesílení a zisk a útlumovou charakteristiku nízkofrekvenčního zesilovače. Vstupní impedance je zátěž pro obvod, který je připojen ke vstupu zesilovače. Proto by měla být co největší, aby zesilovač co nejméně zatěžoval předcházející obvod. Zesílení a zisk jsou hlavní parametry zesilovače. Zesílení nám udává, kolikrát je výstupní napětí větší než vstupní. Zisk je pouze zesílení přepočítané na dB. Útlumová charakteristika nám udává, jaký má zesilovač zisk pro daný kmitočet a můžeme z ní také vyčíst šířku pásma, ta se udává při poklesu o 3dB oproti technickému kmitočtu 1kHz. 3.2 ROZBOR MĚŘÍCÍ METODY Vstupní impedanci měříme porovnávací metodou měření odporů. Tato metoda je nejpřesnější, jsou-li odpor i odporový normál stejně velké, protože tak je zaručeno, že proud bude stále konstantní a bude platit vztah:
Z vst
Rn
U1 Un
kde Zvst je vstupní impedance, Rn je odporový normál, U1 je napětí na vstupu zesilovače a Un je napětí na odporovém normálu. Tato metoda je tím nepřesnější, čím je větší rozdíl mezi vstupní impedancí a odporovým normálem. Zesílení a zisk měříme pomocí dvou voltmetrů, jeden je připojen na vstup zesilovače a druhý je připojen na výstup zesilovače. Zesílení potom vypočteme podle vztahu:
RIEDL 4.EB – 6 – 2/8
A
U2 U1
kde A je zesílení zesilovače, U2 je výstupní napětí zesilovače a U1 je vstupní napětí na zesilovači. Zisk po té můžeme vypočítat podle vztahu:
AdB
20 log
U2 U1
kde AdB je zisk, U2 je výstupní napětí zesilovače a U1 je vstupní napětí zesilovače. Zesílení i zisk měříme při kmitočtu 1kHz při 50% výkonu zesilovače. Útlumovou charakteristiku měříme dvěma voltmetry, při konstantním vstupním napětí a nastavujeme kmitočet. Útlum zesilovače vypočteme podle vztahu:
AdB
20 log
U2 U1
kde AdB je útlum (zisk) zesilovače, U2 je výstupní napětí zesilovače a U1 je vstupní napětí zesilovače. Nejdříve zjistíme útlum pro technický kmitočet 1kHz a určíme ho jako nulu a ostatní hodnoty budeme porovnávat s touto hodnotou. Z útlumové charakteristiky určíme šířku pásma pro útlum o 3dB. Celé měření provádíme při 50% výkonu zesilovače a také máme připojený osciloskop kvůli sledování zkreslení průběhu napětí. Vzhledem k tomu, že nemáme určený jmenovitý výkon, musíme určit 50% maximálního výkonu. To uděláme tak, že nastavíme maximální výkon, tj. dokud nezačne zesilovač na výstupu omezovat a pak výstupní napětí vydělíme dvěmi, abychom získaly 50% výkonu. Při tomto výkonu budeme po té měřit vstupní impedanci, zesílení, zisk i útlumovou charakteristiku.
RIEDL 4.EB – 6 – 3/8
4.SCHÉMA ZAPOJENÍ Schéma č.1 Zapojení pro měření Vstupní impedance +20V 1
Rn
2 R
G
nfV
nfV
A
B
Zesilovač Schéma č.2 Zapojení pro měření zesílení a zisku a útlumové charakteristiky
+20V
G
R nfV
nfV
Zesilovač G – generátor kmitočtů nfV – nízkofrekvenční voltmetr R – zatěžovací odpor zesilovače Rn – odporový normál 1,2 – svorky odporového normálu A,B – vstupy osciloskopu
A
B
RIEDL 4.EB – 6 – 4/8
5.POSTUP MĚŘENÍ Zjištění poloviny maximálního výkonu: a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č.1 b) Na generátoru kmitočtu nastavte kmitočet 1kHz c) Zvětšujte napětí na vstupu zesilovače, dokud zesilovač nezačne omezovat amplitudu, jakmile začne omezovat, snižte napětí na vstupu tak, aby zesilovač neomezoval. d) Přečtěte napětí na výstupu zesilovače a zapište jej do tabulky. e) Přečtěte napětí na vstupu zesilovač a zapište jej do tabulky. f) Poloviční napětí na výstupu změřených napětí bude odpovídat 50% výkonu. g) Nastavte na výstupu zesilovače napětí, které odpovídá 50% výkonu zesilovače. h) Přečtěte napětí na vstupu zesilovače a zapište jej do tabulky. Měření vstupní impedance a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č.1 b) Na generátoru kmitočtu nastavte kmitočet 1kHz c) Nastavte na výstupu zesilovače takové napětí, aby odpovídalo 50% maximálního výkonu. d) Přečtěte napětí na vstupu zesilovač a zapište jej do tabulky. e) Přepojte voltmetr ze vstupu zesilovače na svorky odporu Rn f) Přečtěte napětí na odporu Rn a zapište jej do tabulky g) Vstupní impedanci vypočtěte podle daného vztahu Měření zesílení a zisku zesilovače a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č.2 b) Na generátoru kmitočtu nastavte kmitočet 1kHz. c) Nastavte na výstupu zesilovače takové napětí, aby odpovídalo 50% maximálního výkonu. d) Přečtěte napětí na výstupu zesilovače a zapište jej do tabulky. e) Přečtěte napětí na vstupu zesilovače a zapište jej do tabulky. f) Podle daný vztahů vypočtěte zesílení a zisk zesilovače. Měření útlumové charakteristiky a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č.2 b) Generátorem kmitočtu nastavte požadovaný kmitočet c) Na vstupu zesilovače nastavte takové napětí, aby odpovídalo napětí pro 50% maximálního výkonu zesilovače. d) Přečtěte napětí na výstupu zesilovače a zapište jej do tabulky e) Přečtěte napětí na vstupu zesilovače a zapište jej do tabulky f) Pokračujte pro další požadovaný kmitočet od bodu b).
RIEDL 4.EB – 6 – 5/8
6.TABULKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tabulka č.1 Napětí pro 50% maximálního výkonu U1 (mV) U2 (V) 100% 136,8 4,940 50% 66,1 2,470 Tabulka č.2 Vstupní impedance U1 (mV) Un (mV) 66,7 14,7 Tabulka č.3 Zesílení a zisk U1 (mV) U2 (V) 66,05 2,472
Rn (kΩ) 10
Zvst (kΩ) 45,37
A 37,43
AdB (dB) 31,46
Tabulka č.4 Útlumová charakteristika f (Hz) 10 20 30 40 U1(mV) 66 66 66 66 U2(V) 0,322 0,943 1,419 1,718 AdB(dB) 13,77 23,1 26,65 28,31 S (dB) -17,69 -8,36 -4,81 -3,15 f (Hz) 80 90 100 200 U1(mV) 66 66 66 66 U2(V) 2,188 2,258 2,3 2,420 AdB(dB) 30,41 30,68 30,84 31,28 S (dB) -1,05 -0,78 -0,62 -0,18 f (Hz) 600 700 800 900 U1(mV) 66 66 66 66 U2(V) 2,471 2,473 2,476 2,476 AdB(dB) 31,46 31,47 31,48 31,48 S (dB) 0 0,01 0,02 0,02 f (kHz) 4 5 6 7 U1(mV) 66 66 66 66 U2(V) 2,392 2,345 2,299 2,258 AdB(dB) 31,18 31,01 30,84 30,68 S (dB) -0,28 -0,45 -0,62 -0,78 f (kHz) 20 30 40 50 U1(mV) 66 66 66 66 U2(V) 1,948 1,861 1,816 1,793 AdB(dB) 29,40 29 28,79 28,68 S (dB) -2,06 -2,46 -2,67 -2,78 f (kHz) 90 100 --------U1(mV) 66 66 --------U2(V) 1,730 1,710 --------AdB(dB) 28,37 28,27 --------S (dB) -3,09 -3,19 ---------
50 66 1,923 29,29 -2,17 300 66 2,461 31,43 -0,03 1000 66 2,470 31,46 0 8 66 2,219 30,53 -0,93 60 66 1,773 28,58 -2,88 ---------------------
60 66 2,066 29,91 -1,55 400 66 2,470 31,46 0 2000 66 2,455 31,41 -0,05 9 66 2,177 30,37 -1,09 70 66 1,763 28,53 -2,93 ---------------------
70 66 2,144 30,23 -1,23 500 66 2,476 31,48 0,02 3000 66 2,412 31,25 -0,21 10 66 2,151 30,26 -1,2 80 66 1,745 28,44 -3,02 ---------------------
RIEDL 4.EB – 6 – 6/8
Tabulka č.5 Šířka pásma zesilovače pro pokles o 3dB fd (Hz) fh (kHz) 40 80
U1 – vstupní napětí zesilovače U2 – výstupní napětí zesilovače Zvst – vstupní impedance A – zesílení zesilovače AdB – zisk zesilovače Un – napětí na normálovém odporu Rn – normálový odpor f – kmitočet vstupního napětí fd – dolní kmitočet fh – horní kmitočet Δf – šířka pásma S – porovnání zisků se ziskem pro kmitočet 1kHz
7.VÝPOČTY Výpočet vstupní impedance:
Z vst
Rn
10 10
3
U1 Un
například:
Z vst
U1 Rn Un
66,7 10 14,7 10
3
45,37k
3
Výpočet zesílení:
A
U2 U1
například:
A
U2 U1
2,472 66,05 10
3
37,43
Výpočet zisku:
AdB
20 log
U2 U1
například:
AdB
20 log
U2 U1
20 log
2,472 66,05 10
3
31,46dB
Výpočet útlumu:
AdB
20 log
U2 U1
například:
AdB
20 log
U2 U1
20 log
2,392 66 10 3
31,18dB
Δf (Hz) 79 960
RIEDL 4.EB – 6 – 7/8
Srovnání zisků se ziskem pro kmitočet 1kHz: S A1000 Adb například: S A1000 Adb 31,46 30,68 0,78dB
8.GRAFY viz příloha
9.SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Zkratka G nfV nfV
A,B
Název a typ přístroje Generátor kmitočtu AUDIO OSCILLATOR MODEL 8204A Nízkofrekvenční voltmetr GDM - 8145 Nízkofrekvenční voltmetr GDM - 8145 Zdroj stejnosměrného napětí STATRON TYP 2229 Osciloskop OS - 5020
Výrobní číslo EM39C1589 C190079 C190080 0412026 503109
10.ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit vstupní impedanci, zesílení, zisk a útlumovou charakteristiku nízkofrekvenčního zesilovače. Měření probíhalo v pořádku a bez problémů. Z teoretického rozboru vyplývá, že vstupní impedance by měla být co největší, aby zesilovač nezatěžoval obvod, který je na jeho vstupu. Z naměřených hodnot a vypočtené hodnoty vstupní impedance je vidět, že tento odpor je 47,37kΩ. Tento odpor není příliš velký, ale postačující. Zesílení a zisk jsou hlavními parametry zesilovače z naměřených hodnot vyplývá, že pro technický kmitočet 1kHz je zesílení 37,43 a zisk 31,46dB. Z grafu útlumové charakteristiky vyplývá, že pro pokles o 3dB je dolní kmitočet změřeného nízkofrekvenčního zesilovače 40Hz a horní kmitočet 80kHz. Z těchto údajů jsme vypočetli šířku pásma 79 960Hz.
RIEDL 4.EB – 6 – 8/8
ÚTLUMOVÁ CHARAKTERISTIKA f (Hz) 10 2 0
SdB (dB) -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18
100
1000
10000
100000
