Zespół Szkół nr 9 im. Romualda Traugutta

w Koszalinie

Temat ćwiczenia: Badanie wzmacniacza m. cz.

Koszalin rok szk. 2003/2004

1. Wiadomości teoretyczne

Idealnym wzmacniaczem linearnym (liniowym) nazywamy ogólnie czwórnik, który ma zdolność zwiększania mocy sygnału elektrycznego przekazywanego przez ten czwórnik ze źródła do odbiornika bez zmiany kształtu tego sygnału.

Wzmacnianie sygnałów elektrycznych odbywa się kosztem energii dostarczonej ze źródła zasilającego, która jest przemieniana na energię sygnału wyjściowego.

Przemiana energii z zasilacza zachodzi w elemencie czynnym, którym jest tranzystor lub lampa elektronowa.

Najogólniej wzmacniacze można podzielić na następujące rodzaje:

1.     Wzmacniacze napięciowe (których zadaniem jest uzyskanie na wyjściu możliwie największego, niezniekształconego napięcia, w wymaganym paśmie częstotliwości).

2.     Wzmacniacze prądowe (których zadaniem jest uzyskanie na wyjściu możliwie największego, niezniekształconego prądu w wymaganym paśmie częstotliwości).

3.     Wzmacniacze mocy (których zadaniem jest dostarczenie do odbiornika możliwie największej mocy przy możliwie dobrej sprawności).

Wzmacniaczem jednostopniowym lub stopniem wzmacniacza nazywa się podstawowy zespół elementów służących do wzmacniania. Jeżeli wzmacniacz jednostopniowy nie daje wystarczającego wzmocnienia, to stosuje się większą liczbę takich wzmacniaczy, połączonych kaskadowo (szeregowo, jeden za drugim). Jest to wzmacniacz wielostopniowy.

Wzmacniacze małej częstotliwości są urządzeniami wzmacniającymi sygnały elektryczne o częstotliwościach akustycznych, zazwyczaj w zakresie 30 kHz – 15 kHz.

2. Parametry wzmacniaczy małej częstotliwości

Wielkościami charakteryzującymi wzmacniacz małej częstotliwości są:

- wzmocnienie napięciowe,

- Wzmocnienie prądowe,

- wzmocnienie mocy,

- zniekształcenia częstotliwościowe (liniowe),

- zniekształcenia harmoniczne (nieliniowe),

- poziom napięć zakłócających,

- impedancja wejściowe i wyjściowa.

Wzmocnieniem napięciowym wzmacniacza KU nazywa się liczbę określającą, ile razy napięcie wyjściowe jest większe od napięcia wejściowego

Ku = ;

Wypadkowe wzmocnienie wzmacniacza wielostopniowego jest równe iloczynowi wzmocnień napięciowych poszczególnych stopni.

Wzmocnienie prądowe wzmacniacza nazywa się iloraz prądu płynącego przez obciążenie wzmacniacza do prądu wpływającego do wejścia wzmacniacza.

KI =

Wzmocnienie mocy wzmacniacza nazywa się iloraz mocy wydzielonej w jego obwodzie wyjściowym do mocy dostarczonej przez źródło sygnału do obwodu wejściowego wzmacniacza.

Kp =

Znamionowa moc wyjściowa jest to moc, którą wzmacniacz może wydzielić na znamionowej impedancji obciążenia przy danej częstotliwości lub w danym paśmie częstotliwości bez przekroczenia określonego współczynnika zniekształceń nieliniowych w ciągu 10 min.

Zniekształcenia liniowe można podzielić na:

· zniekształcenia tłumieniowe,

· zniekształcenia fazowe.

Zniekształcenia tłumieniowe, zwane także zniekształceniami liniowymi, są wywołane nierównomiernym wzmocnieniem napięcia w funkcji częstotliwości.

Zniekształcenia fazowe występują z powodu niewłaściwych przesunięć kątów fazowych napięcia i prądu w funkcji częstotliwości.

Każdy wzmacniacz powinien wzmacniać bez zniekształceń tłumieniowych w określonym zakresie częstotliwości sygnały doprowadzone do jego wejścia. Oznacza to, że we wzmacniaczu m.cz. wzmocnienie sygnałów o dowolnej częstotliwości w całym przenoszonym paśmie powinno być jednakowe. Gdyby wzmacniacz akustyczny nie spełniałby tego wymagania, to uzyskany na wyjściu sygnał – po przetworzeniu w głośniku- mógłby być niezrozumiały.

Pasmo przenoszenia wzmacniacza – zgodnie z normą PN – 74/T 06251/07 dla wzmacniaczy Hi-Fi minimalne pasmo przenoszenia powinno wynosić 40 Hz – 16 kHz. Częstotliwość dolną i górną graniczną wyznacza spadek wzmocnienia o 3 dB od wzmocnienia maksymalnego.

Impedancja wejściowa – jest to impedancja, jaką przedstawia sobą wejście wzmacniacza dla znamionowych warunków pracy.

Impedancja wyjściowa – decyduje o wartości impedancji obciążenia, która może być dołączona przy określonej sprawności wzmacniacza. Nie może ona przekraczać 1/3 znamionowej impedancji obciążenia w zakresie częstotliwości 40 Hz – 12,5 kHz.

Zniekształcenia nieliniowe – polegają na powstawaniu sygnałów o częstotliwościach harmonicznych i kombinowanych. Sygnał na wyjściu urządzenia zawiera dodatkowe składowe, których nie było w sygnale wejściowym. Przyczyną powstawania zniekształceń nieliniowych są nieliniowe zależności prądowo-napięciowe elementów (diod, tranzystorów, lamp). W wyniku oddziaływania sygnału na element nieliniowy sygnał ulega zniekształceniu, np. obcięciu części wierzchołków sygnału sinusoidalnego.

3. Budowa i działanie napięciowego wzmacniacza m.cz.

Napięciowy wzmacniacz małej częstotliwości zbudowany jest w oparciu o tranzystor malej mocy i małej częstotliwości typu BC 109.

Układ napięciowego wzmacniacza małej częstotliwości.

1.     Polaryzacja bazy tranzystora.

Baza tranzystora jest polaryzowana układem potencjometrycznym składającym się z rezystorów RB1 i RB2. Rezystory te powinny być tak dobrane, aby ustalały napięcie bazy tranzystora a jednocześnie prąd stały płynący przez ten dzielnik napięcia był co najmniej dziesięciokrotnie większy od prądu stałego płynącego w obwodzie bazy IB. Dla napięcia zmiennego podanego na wejście wzmacniacza, rezystory RB1 i TB2 są połączone równolegle przez co mają duży wpływ na impedancję wejściową wzmacniacza.

2.     Stabilizacja punktu pracy tranzystora.

Ustalony punkt pracy we wzmacniaczu napięciowym (dokładnie mówiąc, prąd kolektora) stabilizowany jest przez zastosowanie prądowo – szeregowego ujemnego sprzężenia zwrotnego. Sprzężenie to jest realizowane poprzez rezystor emiterowy RE. Jego działanie polega na tym, że jeżeli (na skutek np. wzrostu temperatury) wzrośnie wartość prądu kolektora IC i jednocześnie prądu emitera IE to wzrośnie napięcie na rezystorze RE. Spowoduje to wzrost napięcia emitera co wobec stałego napięcia bazy, spowoduje zmniejszenie napięcia UBE. Zmniejszenie napięcia UBE tranzystora pociągnie za sobą zmniejszenie wartości prądu kolektora IC.

To sprzężenie zwrotne znacznie zmniejsza wzmocnienie napięciowe KU wzmacniacza. W celu wyeliminowania ujemnego sprzężenia zwrotnego dla napięć zmiennych, w obwód emitera włączony jest kondensator CE, który zwiera do masy zapięcie zmienne występujące na emiterze. Reaktancja kondensatora CE powinna być niewielka w porównaniu z rezystancją RE i dlatego jego pojemność jest stosunkowo duża. Dla niskich częstotliwości reaktancja tego kondensatora staje się coraz większa i zdolność eliminowania ujemnego sprzężenia zwrotnego maleje. Jest to przyczyną zmniejszenia wzmocnienia napięciowego wzmacniacza dla niskich częstotliwości a co za tym idzie zawężenia pasma przenoszenia wzmacniacza od strony niskich częstotliwości.

3.     Obciążenie wzmacniacza to rezystor Rc. Jest on elementem ustalającym punkt pracy tranzystora. Zmienny prąd płynący przez tranzystor odkłada zmienne napięcie na rezystorze Rc, które jest jednocześnie sygnałem wyjściowym wzmacniacza.

4.     Kondensatory separujące C1 i C2 służą do oddzielenia napięcia bazy tranzystora od źródła sygnału (C1) i do oddzielenia napięcia stałego kolektora tranzystora od odbiornika sygnału zmiennego (C2). Kondensatory te mają wpływ na dolną częstotliwość graniczną wzmacniacza. Im mniejsza jest ich pojemność tym większa jest dolna częstotliwość graniczna wzmacniacza.