Celem ćwiczenia było zaznajomienie się z zasadami działania współczesnych wzmacniaczy mocy
małej częstotliwości i ich parametrami oraz z wpływem sprzężenia zwrotnego na zniekształcenia.
Układ wzmacniacza mocy m.cz. wkładka DA 015A
Założenia projektowe:
Uwepp < 0.2[V]
Fd(3db) < 50 [Hz]
Pwy > 50 [mW]
Ku = 30 dla R2 = 130
Pwy = U2wysk / R0
Uwy = k*Uwesk
Uwesk = Uwepp / 2 * 1.41
Pwy = (k2*U2wepp) / 8 * R0
R0 = ( k2 * U2wepp ) / 8 * Pwy = 302 * 0.22 / 8 * 0.05 = 90
Fd(3db) = 1 / 2∏C6R0
C6 = 1 / ( 2∏ * Fd(3db) * R0 ) = 38 [μF]
R0 = 82 [Ω]
C6 = 47 [μF]
Ucc = 15 [V]
R2 = 130 [Ω]
Pomiar charakterystyk wzmacniacza UL1481.
Układ do pomiaru zależności mocy wyjściowej i współczynnika zawartości harmonicznych
do napięcia wyjściowego:
Opracowanie wyników:
sprzężenie na 741
Dla układu z zapiętym sprzężeniem zwrotnym na 741 zaobserwowaliśmy przebieg wyjściowy
na R0 (rys.1d) Na przebiegu tym możemy dostrzec zniekształcenia skrośne powstałe w wyniku
nieczułości wtórnika. Dla częstotliwości 1 [kHz] czas trwania zerowego sygnału na wyjściu
wynosi 50 [μs]. Amplituda sygnału górnej połówki wynosi 1[V] a dolnej 0.9 [V] co jest wynikiem
różnych Bo tranzystorów. W naszym przypadku B0 T1 jest większe od Bo T2. Obcięcie górnej
części połówek występuje przy amplitudzie sygnału 4,6 [V]. Sygnał na wyjściu 741 znajduje się
na rys.1a (przebieg nie zniekształcony). Sygnały na bazach T1 i T2 zawiera rys.1b. Z rys. tego
wynika że w tych miejscach tranzystory pobierają większy prąd co powoduje odłożenie się większej
części napięcia na R7 i tym samym obniżenie amplituyd na bazach T1 i T2. Sygnały z emiterów
zawarte są na rys.1c. (sygnały podobne do tych na Ro)
sprzężenie na bazach T1 i T2
Przebiegi otrzymane w poszczególnych punktach znajdują się na rys.2a,b,c. Zapięte sprzężenie
spowodowało zminimalizowanie zniekształceń na bazach T1 i T2 a tym samym na wyjściu wtórnika.
Można zauważyć że obecnie sygnał na bazie (rys.2b) nie jest zniekształcony ponieważ zadziałało
USZ. W górnej części sinusoidy wejście wtórnika obciąża więcej źródło sygnału sterującego a co za
tym idzie napięcie na R7 wzrośnie a na bazach zmaleje. Jeżeli zmaleje sygnał na bazach to sygnał
USZ doprowadzony na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego również spadnie, a wtedy
wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego wzrośnie co można zaobserwować na rys.2a.
Zapięcie USZ na bazach w znaczący sposób pomogło usunąć zniekształcenia na bazach lecz nie
Pomogło usunąć zniekształceń na emiterach (rys.2c) i na wyjściu wzmacniacza (rys.2d)
c. sprzężenie na emiterach T1 i T2
Na rys.3a,b,c,d znajdują się przebiegi w poszczególnych częściach układu. Zapięcie USZ na
emiterach pomogło w dużym stopniu usunąć zniekształcenia skrośne na wyjściu wzmacniacza
rys. 3d. Gdy na wyjściu układu sygnał zbliża się do 0 [V] to wówczas otwiera się pętla sprzężenia
zwrotnego i wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego wzrasta od 5 do 100 powodując wzrost
sygnału na jego wyjściu a tym samym na bazach T1 i T2 i dalej na wyjściu wzmacniacza. Powo
duje to że odcinek sinusoidy obserwowanej na bazach (rys.3b) jest w pobliżu przejścia przez zero
prawie pionowy a co zatym idzie czas nie przewodzenia tranzystorów T1 i T2 znacząco się zmniejszył
i zniekształcenia skrośne zostały zlikwidowane.
sprzężenie na Ro
Na rys.4a,b,c,d znajdują się przebiegi z poszczególnych punktów pracy układu. Zapięcie sprzężenia
na Ro znacząco nie zmienia wygładu charakterystyk w wybranych punktach i są one podobne do
charakterystyk z rys.3a,b,c,d.
Wzmacniacz UL1481
tabela zależności amplitudy wyjściowej i współczynnika
zawartości harmonicznych w funkcji częstotliwości.
f[Hz] |
VC[V] |
MZN[%] |
16 |
2,07 |
4 |
50 |
4,37 |
3 |
200 |
5,44 |
2 |
500 |
5,6 |
2 |
1000 |
5,65 |
2 |
7000 |
5,66 |
2 |
10000 |
5,64 |
2 |
20000 |
5,52 |
1,7 |
Moc wyjściową obliczamy ze wzoru: P = U2 / Ro , gdzie U jest wartością skuteczną
Pomiary napięcia dotyczą wartości między szczytowej , więc
U = Upp / 2 * 1,414
P = Upp2 / 8 Ro
tabela zależności mocy w funkcji częstotliwości
f[Hz] |
P[mW] |
16 |
6,5298 |
50 |
29,1023 |
200 |
45,0985 |
500 |
47,7904 |
1000 |
48,6476 |
7000 |
48,8200 |
10000 |
48,4765 |
20000 |
46,4347 |
zależność mocy wyjściowej od częstotliwości
zależność współczynnika zawartości harmonicznych
od częstotliwości
tabela zależności mocy i współczynnika zawartości
harmonicznych w funkcji napięcia wejściowego.
Uwepp[mV] |
Moc[mW] |
WZH[%] |
11 |
0,2439 |
3 |
19 |
0,6640 |
3 |
38 |
2,6964 |
4 |
64 |
7,6487 |
5 |
85 |
13,7195 |
3 |
107 |
21,3225 |
3 |
134 |
35,4152 |
4 |
Zależność mocy wyjściowej od amplitudy
sygnału wejściowego
Zależność współczynnika zawartości
harmonicznych od napięcia wejściowego
Wzmocnienie wzmacniacza dla częstotliwości 3 [kHz] wynosi około 35 a wartość projektowa
wynosi 30. Różnice mogą pochodzić od tolerancji elementów i od błedów pomiarowych. Pasmo
przenoszenia wzmacniacza ( 3[dB] ) wynosi od 70[Hz] do ponad 200[kHz]. Różnica 20[kHz]
pomiędzy założeniem projektowym a praktyką ,może pochodzić od wpływu czasu na jakość
kondensatorów elektrolitycznych (efekt wysychania).