( ) ( ) ( )wy - pwr.legnica.pl

1
Program pomiarów do ćw. 2 - 2
,, Badanie wzmacniacza selektywnego”
(suplement do opisu ćwiczenia zamieszczonego w skrypcie)
I. Pomiary:
• częstotliwości przenoszenia (środkowej) f0 ;
• zakresu przetwarzanych napięć - Uwe,max , Uwy,max ;
• charakterystyki przetwarzania k = f(Uwe), ocena jej liniowości
1.
2.
3.
4.
W tym celu:
Przy napięciu wejściowym o wartości nie powodującym stanu nasycenia (przesterowania)
wzmacniacza, nastawić taką częstotliwość napięcia generatora, przy której napięcie wyjściowe wzmacniacza osiąga wartość maksymalną. Jest to częstotliwość przenoszenia
wzmacniacza f0.
Na podstawie obserwacji obrazu oscyloskopowego napięcia wyjściowego wzmacniacza
ustalić taką wartość Uwe, przy którym nie występują jeszcze zauważalne zniekształcenia.
Zmierzone woltomierzem napięcia Uwe,max i Uwy,max określają graniczne wartości napięć
przetwarzanych bez zniekształceń przez wzmacniacza.
W ustalonym powyżej zakresie napięć wykonać 4...5 pomiarów wzmocnienia wzmacniacza.
Na podstawie porównania wyznaczonych wartości wzmocnień ocenić liniowość przetwarzania wzmacniacza. Wzmacniacz można uznać za liniowy, gdy jego wzmocnienie jest
niezależne od wartości wzmacnianego napięcia. Oceny należy dokonać na podstawie wykresu k ± U(k)=f(Uwe).
Tab.1. Pomiary i obliczenia: f 0 ; U we ,max ; U wy ,max ; k ± U(k)
fo[Hz]
.............
Uwe [...]
0
Uwe,max
.........
Uwy [...]
0
Uwy,max
.........
k ± U(k), p=......
-
-
Ur(k) [%]
-
-
W tabeli: k = Uwy/Uwe
Analiza metrologiczna pomiaru wzmocnienia k
Na dokładność wykonanych pomiarów wzmocnienia wpływają dokładności stosowanych
woltomierzy cyfrowych. Ich niepewności standardowe określają zależności:
1
u r (U we ) =
[a % + b%(U z U we )]
3
1
u r (U wy ) =
a % + b%(U z U wy )
3
Łączna niepewność standardowa pomiaru k wynika z zależności:
[
u r (k ) =
]
u 2r (U we ) + u 2r (U wy ) .
Niepewność rozszerzona Ur(k)= 2 ur(k), dla p=0,95.
2
II. Wyznaczanie charakterystyki przenoszenia
Wzmacniacz selektywny ma wzmacniać napięcia w wąskim zakresie częstotliwości, natomiast silnie tłumić napięcia o częstotliwościach leżących poza tym zakresem. Czyli oprócz
funkcji wzmacniania napięć o częstotliwości fo, spełniają też rolę filtru środkowoprzepustowego.
Mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie występuje konieczność eliminacji z sygnału pomiarowego
napięć zakłócających bądź szumów. Właściwości selektywne wzmacniaczy selektywnych wynikają z ich charakterystyki przenoszenia.
W celu wyznaczenia charakterystyki przenoszenia należy:
- ustalić napięcie wejściowe o częstotliwości f0 i wartości nie powodującej przesterowanie
wzmacniacza
- dla wybranych częstotliwości z zakresu oktawowego i przy Uwe= const. wykonać pomiarów napięć wyjściowych. Częstotliwość nastawiać powyżej i poniżej częstotliwości środkowej. Punkty pomiarowe powinny być zagęszczone w pobliżu fo.
Tab. 2. Pomiary charakterystyki przenoszenia wzmacniacza
Uwe[...]
f0/2
.......
f0
2 f0
.......
......
......
f[Hz]
Uwy [V]
k[V/V]
F±U(F)
dB
0
Odczyty z wykresu F[dB] =f(f)
3-decybelowe pasmo przenoszenia: .....................
Selektywność oktawowa wzmacniacza:.....................
(
)
(
W tabeli: F(dB) = 20 lg k f k f 0 = 20 lg U wy ,f U wy ,f 0
napięcia o częstotliwości f.
)
dla U we = const .
- współczynnik tłumienia
Z wykonanego wykresu F[dB] = f (f ) wyznaczyć 2 parametry określające właściwości selektywne wzmacniacza:
- 3-decybelowe pasmo przenoszenia, definiowane jako zakres częstotliwości wokół f 0 ,
dla którego występuje spadek wzmocnienia o -3dB (co odpowiada Uf/Ufo = 0,707)
- selektywność oktawowa wzmacniacza, wyrażoną w dB/okt. - definiowaną jako spadek
wzmocnienia w dB występujący w zakresie oktawowym zmian f względem f0, czyli w zakresie f0/2 ... 2f0; z wykresu uzyskuje się dwie wartości (dla f<f0 i f>f0), i zwykle podaje
się wartość mniejszą.
3
Analiza metrologiczna pomiaru F[dB]
Niepewność standardowa pomiaru F[dB] wynika zależności
 ∂F
u (F) = 
 ∂U
wy ,f

2

 2
 u (U wy,f ) +  ∂F

 ∂U wy,f

0

2
 2
 u U wy ,f
0


(
)
Wykonując elementarne działania uzyskuje się zależność
(
)
20
u r2,% (U wy ,f ) + u 2r ,% U wy,f 0
100% ln 10
Do wyznaczenia niepewności rozszerzonej należy przyjąć współczynnik k = 2.
u (FdB ) =
III. Pomiary rezystancji wyjściowej i wejściowej wzmacniacza
Metoda pomiaru rezystancji wyjściowej wzmacniacza wynika jest zmodyfikowaną metodą
pomiaru rezystancji wewnętrznej źródła napięcia. Przy nieznanych dwóch parametrów źródła – E i
Rwe, wykonuje się dwa pomiary napięć wytwarzanych przez źródło, w warunkach zmiany obciążenia R0. Z dwóch równań opisujących obwód wyznacza się Rwe, jak też napięcie źródłowe E.
W przypadku wzmacniacza napięciowego, który może być traktowany jako sterowane źródło napięcia, pomiary należy wykonać przy niezmiennym napięciu wejściowym. Pierwszy pomiar,
przy braku obciążenia – daje napięcie U1, drugi pomiar, z obciążeniem R0 – napięcie U2. Równanie pomiaru, wynikające z równań opisujących obwód wyjściowy wzmacniacza, ma postać
R wy = R 0
U1 − U 2
.
U2
W równaniu pomiaru występuje różnica napięć U1-U2 , która w przypadku uzyskania małej
wartości względem napięć U1 i U2 powoduje znaczny wzrost niepewności pomiaru. Jest ogólną
regułą, że pomiary pośrednie polegające na odejmowaniu dwóch wielkości mierzonych bezpośrednio są niekorzystne z punktu widzenia ich dokładności.
W związku w tym, chcąc wykonać pomiary względnie dokładnie, należy w drugim pomiarze
włączyć takie obciążenie, aby spowodowało zmniejszenie napięcia U2 względem U1 o ok.
(20...30)%.
Metoda pomiaru rezystancji wejściowej wzmacniacza jest zmodyfikowaną metodą techniczną
pomiaru rezystancji. Ze względu na małe prądy i napięcia wejściowe wzmacniaczy, występujący
w metodzie technicznej amperomierz został zastąpiony opornikiem o znanej wartości, a pomiar
napięcia jest wykonywany na wyjściu wzmacniacza.
Pomiar Rwe polega na 2-krotnym pomiarze napięcia wyjściowego wzmacniacza przy ustalonym napięciu wejściowym. Pierwszy pomiar - daje napięcie U1. Następnie w obwód wejściowy
wzmacniacza włącza się szeregowo rezystor Rd i dokonuje się 2. pomiaru napięcia wyjściowego
- U2. Można uzasadnić zależność określającą rezystancję wejściowa wzmacniacza w postaci:
R we = R d
U2
U1 − U 2
.
Podobnie jak w przypadku pomiaru rezystancji wyjściowej, tutaj też rezystor Rd powinien
mieć taką wartość, aby wywołał stosunkowo dużą różnicę napięć wyjściowych.
4
Tab. 3. Pomiary rezystancji wyjściowej i wejściowej wzmacniacza
Pomiar
R0;Rd
U1
U2
R ± U(R ), p = ...
U r (R )
-rezystancji
wyjściowej
-rezystancji
wejściowej
Analiza metrologiczna pomiarów Rwy i Rwe
Wyrażenia na łączne niepewności standardowe względne pomiarów Rwy i Rwe są następujące:
u r (R wy ) = u 2r (R 0 ) + (
U1
) 2 [u 2r ( U 1 ) + u 2r ( U 2 )]
U1 − U 2
u r (R we ) = u 2r (R d ) + (
U1
) 2 [u 2r ( U 1 ) + u 2r ( U 2 )]
U1 − U 2
W obliczeniach niepewności rozszerzonej należy przyjąć współczynnik rozszerzenia k = 2
– przyjmując dla wyników pomiarów poziom ufności p = 0,95.
SPRAWOZDANIE powinno zawierać:
•
•
•
•
•
•
spis przyrządów pomiarowych w formie tabeli
właściwości badanego wzmacniacza
rysunki układów pomiarowych
przykładowe obliczenia wszystkich mierzonych wielkości
rysunki wykresów: k= f(Uwe) dla fo (z zaznaczonymi przedziałami niepewności pomiarów)
oraz funkcji przenoszenia FdB = f(f ) z opisami 3-decybelowego spadku wzmocnienia i spadku
wzmocnienia w oktawowym zakresie częstotliwości.
we wnioskach wymienić wszystkie zmierzone parametry i ocenić właściwości wzmacniacza