Лабораторная работа №3
Тема: Исследование работы усилителей звуковой частоты.
Цель: Н аучиться определять основные показатели качества УЗЧ.
Ход работы:
1. Изучить основные показатели качества УЗЧ.
2. Собрать схему для измерения основных показателей качества УЗЧ.рис.1.
3. Произвести измерения основных показателей качества УЗЧ.
Краткие теоретические сведения.
Усилители звуковой частоты характеризуются номинальной выходной мощностью, диапазоном усиливаемых частот, динамическим диапазоном сигналов.
Номинальная выходная мощность – это наибольшая мощность, при которой искажения сигнала не превышают допустимой величины.
Диапазон усиливаемых частот – область частот, в пределах которой коэффициент изменяется в пределах, заданных техническими условиями.
Динамический диапазон сигналов – отношение амплитуд наибольшего и наименьшего сигналов в децибелах.
Качественные показатели УЗЧ оцениваются коэффициентами гармоник и интермодуляционных искажений, уровнем фона. Коэффициент гармоник (нелинейных искажений) определяет уровень высших гармоник по отношению к уровню основного гармонического сигнала. Коэффициент интермодуляционных искажений обусловлен суммарным уровнем комбинационных частот, появляющихся на выходе усилителя, при воздействии двух и более гармонических сигналов. Фон в УЗЧ возникает при недостаточной фильтрации питающего напряжения. Его величина определяется эффективным напряжением фона по отношению к эффективному напряжению сигнала при его максимальном уровне.
Контроль параметров УЗЧ осуществляется по функциональной схеме, приведенной на рис.1.
Рисунок 1- Измерение параметров УЗЧ
1. Измерение чувствительности (Uвх.ч), коэффициента усиления (К U), номинальной мощности (Рном), максимальной (Рмак) мощности, коэффициента нелинейных искажений (КНИ).
В этом случае номинальную выходную мощность на частоте 100Гц можно определить по выражению Р = U /Rн.
На ГЗЧ устанавливают частоту 1000Гц и такое напряжение при котором на выходе УЗЧ (нагрузке Rн) будет номинальное напряжение. Контроль входного и выходного напряжения усилителя осуществляют с помощью милливольтметра РV2. Напряжение измеренное на входе УЗЧ (Uвх.ч), является чувствительностью, показание прибора Р2 – коэффициент нелинейных искажений. По показанию милливольтметра РV2 (U ном), подключенного к выходу, рассчитывают номинальную мощность: Рном =
. U ном/ Rн. При всех изменениях регулятор громкости устанавливают на максимум, регуляторы тембров – в среднее положение. Коэффициент нелинейных искажений также проверяют на разных частотах (в зависимости от полосы пропускания – 50, 100, 200, 400, 1000, 2000, 5000 Гц) и при крайних положениях регуляторов тембра. Мощность Рмак определяют при максимальном положении регулятора громкости и среднем регуляторов тембра. При этом на ГЗЧ увеличивается напряжение Uвх усилителя (контролируется прибором РV2) до такого значения, при котором коэффициент Кн.и. = 10% (показание прибора Р2) На выходе УЗЧ измеряют напряжение Uмак (милливольтметром РV2) и определяют Рмак =
. U мак/ Rн. Коэффициетн КU (дБ) рассчитывают по формуле
КU = 20 Ig(Uвых/ Uвх). При этом устанавливают такое напряжение Uвх, при котром на выходе получают напряжение 0,1 U ном. Измерение Uвых и Uвх производят прибором РV2, а регуляторы тембров устанавливают в среднее положение (измерение коэффициента КU производят, как правило, при крайних положениях регулятора громкости).
2. Снятие АЧХ, определение диапазона усиливаемых частот, неравномерности АЧХ.
Амплитудно-частотная характеристика усилителя строится по точкам при изменении частоты входного напряжения усилителя с фиксацией выходного.
На ГЗЧ устанавливают частоту 1000Гц и такое входное напряжение, при котором Uвых = 0,1 U ном. Регуляторы тембра - в среднем положении, громкости – на максимуме. Контроль напряжений осуществляют с помощью милливольтметра РV2. Далее измеряют частоту ГЗЧ в сторону уменьшения на 100ГЦ, затем на 50 и 25Гц и при каждой частоте входного сигнала измеряют напряжение на выходе УЗЧ, поддерживая входное постоянным. Контроль напряжений производят с использованием прибора РV2. После этого измеряют частоту ГЗЧ в сторону увеличения (от 1000Гц) на 2,5 – 5кГц и повторяют те же операции, которые описаны выше. Полученные данные заносят в таблицу.
В таблице Ко – коэффициент усиления при частоте 1000Гц. По данным таблицы строят график АЧХ усилителя, как показано на рис.2.
Рисунок 2 – АЧХ проверяемого усилителя
По графику АЧХ определяют диапазон усиливаемых частот Fн -Fв на уровне 3 дБ, а неравномерность АЧХ в диапазоне усиливаемых частот – по формуле
М = 20 Ig(КUмак/КUмин),
Где Кuмак, Кuмин – коэффициенты усиления в диапазоне усиливаемых частот. Если КU приведен в децибелах, то М = Кuмак - Кuмин. Для АЧХ, приведенной на рис.2., неравномерность М = 4дБ(+1-(-3)).
Существенно упрощается процесс контроля АЧХ усилителя при наличии измерителя частотных характеристик Х1-50 или ему подобного. Подключив усилитель к измерителю, на его экране наблюдают амплитудно-частотную характеристику.
3. Снятие амплитудной характеристики (АХ), определение динамического диапазона амплитуд.
На ГЗЧ устанавливают частоту 1000Гц и, изменяя напряжение Uвх, измеряют Uвых (прибором РV2).По данным измерений строят АХ, как показано на рис.3. По графику определяют динамический диапазон амплитуд, дБ.
Д = 20 Ig(Uмак/ Uмин).
Входные напряжения Uвых и Uвх соответствуют началу и концу линейного участка АХ
4. Определение уровня собственных шумов.
Для определения уровня собственных шумов вместо ГЗЧ включают сопротивление, равное входному сопротивлению ГЗЧ, и прибором РV2 измеряют напряжение на нагрузке, которое будет являться напряжением шумов Uвых.ш. которое будет являться напряжением шумов. Обычно уровень собственных шумов оценивают коэффициентом D ш (дБ), показывающим отношение сигнал – шум:
D ш = 20 Ig(Uном/ Uвых.ш),
Где Uном – напряжение на выходе УЗЧ, соответствующее номинальной мощности.
1. Определение пределов регулировки громкости.
На ГЗЧ устанавливают частоту 1000Гц, входное напряжение, соответствующее 0,1Рном и измеряют Uвых (прибором РV2). При крайних положениях регулятора громкости (Uвых.мак/ Uвых.мин). Пределы регулировки громкости (дБ) определяют по формуле
D гр = 20 Ig(Uвых.мак/ Uвых.мин).
2. Определение пределов регулировки тембров (например, для УЗЧ с регуляторами тембра на нижних и верхних частотах)
Рассмотрим определение пределов регулировки тембров нижних частот. На ГЗЧ устанавливают частоту, соответствующую Fн, и определяют коэффициент усиления по методике изложенной выше, для трех положений регулятора тембра: для крайнего левого (завал нижних частот и коэффициент усиления К1); для крайнего правого (подъем нижних частот и коэффициент усиления Кн); для среднего (коэффициент усиления Кср). Пределы регулировки тембра нижних частот рассчитывают по формулам:
D гр = 20 Ig(Uвых.мак/ Uвых.мин).
D гр = 20 Ig(Uвых.мак/ Uвых.мин).
Аналогичным образом определяют пределы регулировки тембра верхних частот, только на ГЗЧ устанавливают частоту Fв.
3. Определение мощности, потребляемой УЗЧ от источника питания, и КПД.
С помощью приборов измеряют ток потребления от источника питания (Iп) и напряжение источника питания (Uп). По формуле рассчитывают потребляемую мощность:
Рпотр = Iп Uп
КПД (%) определяют по формуле
КПД = (Рном/Рпотр)100.
Отчет должен содержать:
1. Номер, тема, цель работы.
2. Схему для измерения основных показателей качества УЗЧ.
3. Таблицы с результатами измерений и вычислений
2. График амплитудно-частотной и частотной характеристики УЗЧ.
3. Ответы на контрольные вопросы.
4. Вывод.
Контрольные вопросы:
4. Дайте определение частотной характеристики.
5. Дайте определение номинальной выходной мощности.
6. Дайте определение диапазона усиливаемых частот.
7. Опишите методику измерения чувствительности.
8. Опишите методику снятия АЧХ.
9. Опишите методику снятия АХ.
10. Приведите формулы для определения уровня собственных шумов, пределов регулировки громкости и тембра, мощности и КПД.
Литература:
Б.Урбанский.Электроакустика в вопросах и ответах. М., Радио и связь., 1981.
В.Г.Игнатович, А.И.Митюхин. Регулировка и ремонт бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Мн.,Вышейшая школа., 1992.
Порядок выполнения работы №3
1.Собрать схему для снятия зависимости выходного напряжения от частоты
Рисунок – Схема измерений
2. Установить напряжение на источнике питания 9 В. Установить на ГЗЧ частоту 1000Гц и входное напряжение Uвх = 20мВ. Регулятор громкости – на максимуме.
3. Переключатель режимов измерения на мультиметре в положение измерения переменного тока и провода поставить в гнёзда измерения тока.
4. Включить приборы.
5. Определить мощность, потребляемую УЗЧ от источника питания, и КПД.
С помощью приборов определяем ток потребления от источника питания (Iп) и напряжение источника питания (Uп). По формуле рассчитывают потребляемую мощность:
Рпотр = Iп Uп
КПД (%) определяют по формуле
КПД = (Рном/Рпотр)100.
6. Выключить приборы. Переключатель режимов измерения на мультиметре в положение измерения переменного напряжения и провода переставить в гнёзда измерения напряжения.
7. Включить приборы. Контроль напряжений осуществлять с помощью мультиметтра. Изменять частоту ГЗЧ в сторону уменьшения на 100ГЦ, затем на 50 и 25Гц и при каждой частоте входного сигнала измерять напряжение на выходе УЗЧ, поддерживая входное постоянным. Контроль напряжений производить с использованием мультиметра. После этого изменять частоту ГЗЧ в сторону увеличения (от 1000Гц) на 2,5 – 5кГц и повторить те же операции, которые описаны выше. Полученные данные занести в таблицу 1.
Таблица 1 -Результаты измерений
| №п/п | |||||||||||
| Uвх,мВ | |||||||||||
| Fвх, Гц | |||||||||||
| Uвых, мВ |
8. Выключить приборы. Установить на ГЗЧ частоту 1000Гц.
7. Включить приборы. Изменять входное напряжение ГЗЧ от 5 мВ до 50мВ. Контроль напряжений производить с использованием мультиметра Полученные данные занести в таблицу 2. Вычислить коэффициент усиления.
Таблица 2 -Результаты измерений
| №п/п | ||||||||||
| Uвх,мВ | ||||||||||
| Uвых, мВ | ||||||||||
| Кu | 31,9 | 32,7 | 32,1 | 32,8 | 32,8 | 32,5 |