Zadanie egzaminacyjne
Transkrypt
Zadanie egzaminacyjne
ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ Zadanie egzaminacyjne Opracuj projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania bipolarnego wzmacniacza napięcia, zgodnie z jego danymi technicznymi (Załącznik 1). Opracuj wyniki pomiarów uzyskane podczas badania bipolarnego wzmacniacza napięcia (Załącznik 3) na stanowisku wyposażonym zgodnie z Załącznikiem 2, w symulowanych warunkach obciążenia. Porównaj uzyskane wyniki z danymi technicznymi oraz sformułuj wnioski dotyczące poprawności działania i użytkowania bipolarnego wzmacniacza napięcia. Projekt realizacji prac powinien zawierać: 1. Tytuł pracy egzaminacyjnej. 2. Założenia do projektu realizacji prac, wynikające z treści zadania i załączników. 3. Wykaz działań związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania bipolarnego wzmacniacza napięcia. 4. Wykaz zmierzonych i obliczanych charakterystycznych parametrów bipolarnego wzmacniacza napięcia. 5. Schematy układów pomiarowych do sprawdzenia działania bipolarnego wzmacniacza napięcia. 6. Opisy sposobu pomiarów charakterystycznych parametrów bipolarnego wzmacniacza napięcia. 7. Wskazania eksploatacyjne dla użytkownika bipolarnego wzmacniacza napięcia wynikające z założonych warunków technicznych dotyczących zasilania, punktu pracy, obciążenia, współpracy z układami przyłączonymi do wejścia wzmacniacza oraz warunków środowiskowych wymaganych podczas działania układu. Dokumentacja z wykonania prac powinna zawierać: 1. Interpretację graficzną wyników pomiarów w postaci charakterystyk dynamicznych: UWY, THD = f(UWE) i częstotliwościowej kU = f(f). 2. Wyniki obliczeń charakterystycznych parametrów bipolarnego wzmacniacza napięcia: wzmocnienia napięciowego, napięcia przesterowania, rezystancji wejściowej i wyjściowej dla sygnałów zmiennych, częstotliwości granicznych, oraz współrzędnych punktu pracy. 3. Zestawienie uzyskanych wyników z danymi technicznymi oraz wnioski dotyczące poprawności działania bipolarnego wzmacniacza napięcia. Do wykonania zadania wykorzystaj: Opis i dane techniczne bipolarnego wzmacniacza napięcia – Załącznik 1 Wyposażenie stanowiska do sprawdzenia działania bipolarnego wzmacniacza napięcia – Załącznik 2. Wyniki pomiarów uzyskane podczas uruchomienia i sprawdzenia poprawności działania bipolarnego wzmacniacza napięcia – Załącznik 3 Czas przeznaczony na wykonanie zadania wynosi 240 minut. Strona 1 z 5 Wzmacniacz napięcia – zadanie Załącznik 1 Opis i dane techniczne bipolarnego wzmacniacza napięcia Wzmacniacz, którego schemat przedstawiony jest na rysunku 1, jest klasycznym układem wzmacniającym opartym na małosygnałowym tranzystorze bipolarnym BC 107, pracującym w układzie wspólnego emitera. Układ jest stabilizowany termicznie za pomocą rezystora RE. Kondensator CE zapewnia eliminację ujemnego sprzężenia zwrotnego dla sygnałów zmiennych. Rezystory RB1, RB2 i RC zostały tak dobrane, aby zapewnić odpowiednie wzmocnienie i optymalny punkt pracy. +Ucc RC RB1 CC WY CB RB1 = 51kΩ RB2 = 18kΩ RC = 1,8kΩ RE = 1,1kΩ CB = 10μF CC = 2μF CE = 130μF WE RE RB2 CE Rys. 1. Schemat ideowy bipolarnego wzmacniacza napięcia Parametry elektryczne i użytkowe wzmacniacza Nazwa parametru Symbol Wzmocnienie napięciowe w stanie jałowym kU 130V/V Wzmocnienie napięciowe dla ROBC = 5,5kΩ kU 100V/V Minimalna rezystancja obciążenia Wartość ROBCmin 5,5kΩ Napięcie przesterowania UP 20mV Rezystancja wejściowa rWE 4kΩ Rezystancja wyjściowa rWY 1,8kΩ Pasmo przenoszenia dla THD ≤ 5% fGD ÷ fGG 100Hz ÷ 700kHz Napięcie zasilania UCC 12V Współczynnik zniekształceń całkowitych zmierzony przy napięciu przesterowania THD 5% Stosunek sygnał/szum zmierzony przy napięciu przesterowania S/N 40dB Zakres temperatur otoczenia ΔTO 10÷50°C Maksymalna wilgotność względna wmax 70% Strona 2 z 5 ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ Charakterystyki statyczne katalogowe tranzystora BC 107 10 45uA 9 40uA Ic [mA] 8 7 6 35uA 5 25uA 4 20uA 30uA 3 15uA Q 2 10uA 1 Ib=5uA 0 0 5 10 15 20 Uce [V] Rys. 2. Współrzędne punktu pracy bipolarnego wzmacniacza napięcia Załącznik 2 Wyposażenie stanowiska do sprawdzenia poprawności działania bipolarnego wzmacniacza napięcia 1. Zasilacz napięcia stałego stabilizowany 0÷30V, 1A – szt. 1 2. Generator funkcyjny sinus/prostokąt/trójkąt z wyświetlaczem wyjściowej, fmax = 2MHz, UWYpp = 1mV÷10V – szt. 1 3. Oscyloskop dwukanałowy – szt. 1 4. Miernik zniekształceń harmonicznych – szt. 1 5. Multimetr wielozakresowy V/A/Ω, AC/DC – szt. 1 6. Rezystor dekadowy (0,1÷1M)Ω – szt. 2 7. Zestaw sond pomiarowych i przewodów połączeniowych częstotliwości Załącznik 3 Wyniki pomiarów uzyskane podczas uruchomienia i sprawdzenia poprawności działania bipolarnego wzmacniacza napięcia 1. Pomiar charakterystyk dynamicznych Pomiary charakterystyki przejściowej wykonano przy obciążeniu wyjścia rezystancją ROBC = 5,5kΩ i przy częstotliwości sygnału wejściowego f = 1kHz. Jednocześnie dla sygnału wyjściowego zmierzono współczynnik zniekształceń całkowitych THD. Tabela 1. Wyniki pomiarów UWY = f(UWE) i THD = f(UWE) przy ROBC = const i f = const Lp. UWE [mV] UWY [V] THD [%] 1. 1 0,1 0,9 2. 5 0,5 1,1 3. 10 1,0 2,0 4. 15 1,45 3,0 5. 20 1,9 5,0 6. 25 2,2 11,0 7. 30 2,5 16,3 Strona 3 z 5 Wzmacniacz napięcia – zadanie 2. Pomiar rezystancji wejściowej dla sygnałów zmiennych Pomiary rezystancji wejściowej wykonano przy obciążeniu wyjścia rezystancją ROBC = 5,5kΩ i przy napięciu sygnału wejściowego UWE = 15mV o częstotliwości f = 1kHz. Tabela 2. Wyniki pomiarów rWE przy ROBC = const, UWE = const i f = const Lp. Rd [Ω] UWY [V] 1. 0 1,45 2. 500 1,25 3. 1k 1,13 4. 1,5k 1,10 5. 2k 0,91 6. 2,5k 0,83 7. 3k 0,74 8. 3,5k 0,71 9. 4k 0,66 10. 4,5k 0,62 11. 5k 0,58 3. Pomiar rezystancji wyjściowej dla sygnałów zmiennych Pomiary rezystancji wyjściowej wykonano bez obciążenia wyjścia rezystancją obciążenia ROBC = ∞ i przy napięciu sygnału wejściowego UWE = 15mV o częstotliwości f = 1kHz. Tabela 3. Wyniki pomiarów rWY przy ROBC = ∞, UWE = const i f = const Lp. Rd [Ω] UWY [V] 1. 1M 1,90 2. 100k 1,87 3. 10k 1,62 4. 8k 1,56 5. 6k 1,48 6. 4k 1,33 7. 2k 1,00 8. 1,5k 0,90 9. 1k 0,70 4. Pomiar współrzędnych punktu pracy Pomiary wykonano multimetrem na zakresie woltomierza DC, mierząc spadki napięć w różnych punktach układu. Na podstawie wyników pomiarów należy obliczyć wartości współrzędnych punktu pracy: UCE (napięcie między kolektorem i emiterem tranzystora), IC (prąd kolektora tranzystora) oraz IB (prąd bazy tranzystora). Tabela 4. Wyniki pomiarów pomocniczych do wyznaczenia UCE, IC oraz IB UCC[V] UBE [V] URB1 [V] URC [V] napięcie zasilania napięcie beza emiter tranzystora spadek napięcia na rezystorze RB1 spadek napięcia na rezystorze RC 12 0,6 9 Strona 4 z 5 3,9 ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ 5. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej Pomiary charakterystyki częstotliwościowej wykonano przy obciążeniu wyjścia rezystancją ROBC = 5,5kΩ i przy napięciu sygnału wejściowego UWE = 15mV. Tabela 2. Wyniki pomiarów KU = f(f) przy ROBC = const i UWE = const Lp. f [Hz] UWY [V] 1. 10 0,11 2. 30 0,33 3. 50 0,60 4. 100 1,08 5. 300 1,44 6. 500 1,47 7. 1k 1,52 8. 3k 1,53 9. 30k 1,53 10. 100k 1,50 11. 300k 1,35 12. 500k 1,08 13. 1M 0,60 14. 2M 0,33 Strona 5 z 5