Wzmacniacze selektywne LC

Ćwiczenie 21 (wkładka badana DA211A)

21.1. Wstęp

Tematem ćwiczenia są podstawowe właściwości filtrujące wzmacniaczy selektywnych LC. W układzie badanym zastosowano wzmacniacz scalony UL 1211 używany jako wzmacniacz pośredniej częstotliwości w krajowych radioodbiornikach średniej klasy. Do układu wzmacniacza dołączyć można jeden z dwóch obwodów selektywnych: pojedynczy równoległy obwód rezonansowy lub filtr złożony z dwóch obwodów rezonansowych sprzężonych pojemnościowo.

W ćwiczeniu mierzone są charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza, a także są przeprowadzane eksperymenty „jakościowe”. Polegają one na słuchowym i obserwacyjnym sprawdzeniu przebiegów elektrycznych w torze przesyłania informacji w postaci sygnałów zmodulowanych. Badany tor modeluje rzeczywistą sytuację występującą w radiokomunikacji, gdzie istnieje wiele. jednocześnie pracujących nadajników i należy wybrać jeden z odbieranych sygnałów. Tor budowany w ćwiczeniu składa się z dwóch „nadajników” sygnałów z modulacją amplitudy, wzmacniacza selektywnego, demodulatora amplitudowego oraz wzmacniacza mocy małej częstotliwości.

21.2. Opis techniczny układu badanego DA211A

Układ badany jest wzmacniaczem selektywnym o parametrach typowych dla wzmacniaczy pośredniej częstotliwości 465 kHz stosowanych w odbiornikach radiowych. Zbudowany jest użyciem układu scalonego
UL 1211 (US₁ na rys.3.21.1) oraz ekranowanych filtrów LC typów 3-23A-3 i 121. Stopień selektywny tworzy tranzystor T₄ obciążony obwodami rezonansowymi: L₁C₁₀ lub L₂C₁₁ i L₃C₁₃.

Sygnał doprowadzony do wejścia układu DA211A dzielony jest 1000-krotnie przez dzielnik R₃/(R₁+R₂+R₃). Zabieg taki ułatwia obserwacje i pomiary sygnału wejściowego ze względu na zwiększenie jego wartości do poziomu setek miliwoltów.

Tranzystory T₁, T₂,T₃ stanowią wzmacniacz szerokopasmowy, którego charakterystyka amplitudowa jest korygowana na wejściu przez kondensator C₁ tak, aby w paśmie 100 kHz ÷ 1 MHz była możliwie płaska. Wzmacniacz ten jest zasilany przez stabilizator T₆, T₇.

Stopień selektywny, będący przedmiotem badań w ćwiczeniu, zbudowany jest na tranzystorze T₄. Charakterystyki częstotliwościowe całego wzmacniacza zależą od obciążenia tranzystora T₄ wybranego przełącznikiem umieszczonym na płycie czołowej wkładki. Przełącznik ten jest tak zbudowany, że klawisze oznaczone „A3”, „r” oraz „121” są współzależne, co oznacza, że wciśnięcie jednego z nich zwalnia dwa pozostałe; natomiast klawisz „R” jest niezależny.

Klawiszem „R” można dołączyć równolegle do wybranego filtru rezystor R₂₀, zmniejszając tym samym dobroć filtru.

Cewka L₁ i kondensator C₁₀ tworzą pojedynczy równoległy obwód rezonansowy o dobroci rzędu stu. Obwód ten, podobnie jak inne obciążenia, nie jest separowany od wyjścia wkładki. A więc pojemności kabli i przyrządów dołączonych do gniazd „outputs 1” połączone są równolegle z badanym obwodem rezonansowym. Aby zachować stałe warunki pracy obwodów obciążających tranzystor T₄ należy zestaw przyrządów niezbędnych do rejestracji wyników połączyć na stale z wkładką DA211A i nie zmieniać go w trakcie wykonywania pomiarów. Obwody rezonansowe zostały nastrojone z uwzględnieniem tych dodatkowych pojemności.

Drugim filtrem, który można dołączyć jako obciążenie tranzystora T₄ jest dwuobwodowy filtr z obwodami zestrojonymi ze sprzężeniem pojemnościowym (C₁₂) . Sprzężenie obwodów jest nadkrytyczne. Rezystor R₂₁ dobierany jest tak, aby wyrównać wypadkowe dobroci obu obwodów. Zamiast filtrów LC, można dołączyć do kolektora tranzystora T₄ rezystor R₁₉ - wówczas charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza jest szerokopasmowa.

Układ zbudowany na tranzystorze T₅ jest demodulatorem amplitudowym. W ćwiczeniu wykorzystywany jest do demodulacji sygnału wydzielonego przez wzmacniacz selektywny. Połączenie układu detektora ze wzmacniaczem uzyskuje się włączając kondensator o pojemności od 10 nF do 100 nF między zaciski na płytce drukowanej.

Rys. 3.21.1. Schemat ideowy badanego wzmacniacza DA211A

21.3. Wykaz aparatury pomocniczej

Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące przyrządy pomocnicze:

- generator sinusoidalny

- generator sygnałów zmodulowanych

- przetwornik wartości szczytowej sygnału sinusoidalnego ac-dc

- wzmacniacz mocy m.cz.

21.4. Obliczenia wstępne i projektowe

1. Obliczyć wartość napięcia, którym jest zasilany wzmacniacz T₁ , T₂, T₃ ze stabilizatora T₆, T₇.

2. Obliczyć wartość indukcyjności L₁ zakładając, że obwód z L₁ dostrojony jest do częstotliwości 475 kHz przy pojemności obciążającej wyjście 1 równej 200 pF.

21.5. Obserwacje i pomiary

21.5.1. Obserwacja kształtu sygnałów zmodulowanych dostarczanych przez wkładkę SA2712

Schemat blokowy wkładki SA2712 przedstawiono na rysunku 3.21.2.

Rys. 3.21.2. Schemat blokowy wkładki SA2712

Zawiera ona dwa generatory przebiegów zbliżonych do sinusoidalnych, przestrajane niezależnie potencjometrami w zakresie od 100 kHz do 900 kHz. Przebiegi te są modulowane falami, prostokątnymi o częstotliwościach równych około 150 Hz (tor 1) i 1,5 kHz w torze drugim. Napięcia zmodulowane są sumowane we wzmacniaczu wyjściowym. Każdy z przebiegów może być „wyłączony” przez otwarcie jego toru do masy. W tym celu należy odpowiedni przełącznik suwakowy na płycie czołowej wkładki ustawić w położeniu dolnym („off”). Korzystając z możliwości regulacyjnych wkładki SA2712 należy spróbować obejrzeć na ekranie oscyloskopu i narysować każdy z przebiegów zmodulowanych oddzielnie oraz ich sumę. Ustalić współczynniki głębokości modulacji oraz współczynniki wypełnienia fal modulujących.

Zagadnienia:

1. wyjaśnić przyczynę trudności w uzyskaniu stabilnego obrazu na ekranie oscyloskopu

2. wyjaśnić, czy obserwacja na ekranie oscyloskopu, sygnału będącego sumą kilku przebiegów zmodulowanych, może być użyteczna jako metoda określania kształtu i parametrów przebiegów zmodulowanych i modulujących. Zaproponować metodę bardziej skuteczną.

21.5.2. Pomiary charakterystyk częstotliwościowych

Należy zmierzyć amplitudowe charakterystyki częstotliwościowe k_u(f) wzmacniacza UL1211 z różnymi filtrami:

1. z pojedynczym obwodem rezonansowym o dużej dobroci;

2. z pojedynczym obwodem rezonansowym o dobroci zmniejszonej przez włączenie rezystora R₂₀ klawiszem „R”;

3. z dwoma obwodami rezonansowymi sprzężonymi pojemnościowo, z odłączonym rezystorem R₂₀.

Otrzymane charakterystyki należy wykreślić w sposób umożliwiający łatwe ich porównanie, przy czym skala częstotliwości powinna być liniowa, natomiast wzmocnienie - wyrażone w dB.

Określić współczynniki prostokątności otrzymanych charakterystyk.

Schemat połączeń układu pomiarowego pokazano na rys. 3.21.3.

Rys . 3.21.3. Schemat połączeń układu do pomiarów charakterystyk częstotliwościowych

Zgodnie z tym, co powiedziano w punkcie 21.2, nie należy zmieniać układu połączeń w czasie trwania pomiarów. Zastrzeżenie to odnosi się również do wymiany kabli - w przypadku konieczności zmiany należy zastosować kabel o takiej samej długości.

Amplitudę sygnału sterującego należy dobrać doświadczalnie i zmierzyć za pomocą przetwornika SZ5031 i woltomierza przed właściwymi pomiarami.

Kryterium doboru jest następujące: układ badany powinien pracować z możliwie dużymi amplitudami sygnałów, ale bez zniekształceń sygnału na kolektorze tranzystora T₄, tzn. bez nasycania się tego tranzystora. Jeśli ustalenie amplitudy zostanie dokonane dla filtru L₁C₁₀ w rezonansie, to powyższy warunek będzie spełniony również dla drugiego filtru.

Należy pamiętać, że przetwornik SZ5031 mierzy prawidłowo napięcia o kształcie sinusoidalnym, a „wyskalowany” jest w wartościach szczytowych.

Generator SZ2112 dostarcza napięć sinusoidalnych o amplitudach regulowanych w zakresach 10mV - 100 mV i 100 mV - 1V. Amplituda napięcia na wyjściu oznaczonym „0.1 V” jest zawsze 10 razy mniejsza niż na wyjściach „1 V”.

Przełącznikiem „range” wybiera się zakres przestrajania generatora: przy klawiszy zwolnionym wynosi on od 340 do 590 kHz, przy wciśniętym: 445-485 kHz.

Zagadnienia:

1. wyjaśnić, jakie mogą być przyczyny, dla których zrezygnowano z kontroli wartości amplitudy sygnału wejściowego w czasie pomiarów charakterystyk częstotliwościowych.
   Można to było zrobić w sposób prosty, dodając przełącznik ac SN4211 przed przetwornikiem SZ5031 i mierząc na zmianę sygnał wejściowy i wyjściowy;

2. czy zmiana dobroci filtru jednoobwodowego zmienia wartość współczynnika prostokątności jego charakterystyki amplitudowej?

21.5.3. Badanie działania toru przesyłania informacji w postaci sygnałów zmodulowanych

Schemat połączeń wkładek tworzących badany tor pokazano na rys. 3.21.4.

Rys. 3.21.4. Schemat połączeń między wkładkami tworzącymi badany tor

Oba sygnały zmodulowane generowane przez wkładkę SA2712 powinny być włączone.

Wzmacniacz selektywny DA211A połączyć z demodulatorem amplitudowym (patrz opis wkładki DA211A). Demodulator pracuje liniowo dla amplitud przebiegu na jego wyjściu od 150 do 700 mV.

Wkładka SA6112 jest wzmacniaczem mocy małej częstotliwości o wzmocnieniu regulowanym pokrętłem „volume”. W ćwiczeniu jest ona używana jako słuchowy detektor sygnału zdemodulowanego.

Ze względu na konieczność zachowania ciszy w czasie zajęć oraz nie przeszkadzania sąsiadom, należy ustawić minimalną głośność wystarczającą do przeprowadzenia poniżej opisanych eksperymentów.

Należy zaobserwować na ekranie oscyloskopu oraz „zarejestrować” słuchowo sygnał składający się z dwóch przebiegów zdemodulowanych pochodzących z dwóch „nadajników” znajdujących się we wkładce SA2712.

Zaobserwować w sposób jak poprzednio, osobno każdy z sygnałów.

Stwierdzić zmiany sygnału na wyjściu demodulatora przy przestrajaniu „nadajnika”. Wzmacniacz powinien pracować z obciążeniem selektywnym filtrem A3.

Zagadnienia:

1. wyjaśnić, dlaczego dołączenie demodulatora (T₅, rys. 3.21.1) w niewielkim stopniu zmienia warunki obciążenia stopnia selektywnego;

2. w jakich warunkach pracy toru rejestrowano na jego wyjściu dwa sygnały;

3. w jaki sposób wydzielono poszczególne sygnały;

4. wyjaśnić zmiany kształtu sygnału na wyjściu demodulatora przy przestrajaniu „nadajnika”.

Spis treści

21.1. Wstęp

Katedra Elektroniki AGH

2

---