Измерение параметров усилителя мощности низкой частоты, собранного на имс к174ун7

Им. Н. П. ОГАРЁВА»

 

 

Факультет электронной техники

Кафедра микроэлектроники

 

 

 

Лабораторная работа №3

по микроэлектронике

 

Измерение параметров усилителя мощности низкой частоты, собранного на ИМС К174УН7

 

Выполнил: Проверил:

студент 312 группы Никитанов С.В

Кузнецов А.А.

 

 

Саранск 2013
Цель работы: изучить методику измерения и измерить электрические параметры и характеристики усилителя мощности низкой частоты, построенного на базе интегральной микросхемы К174УН7.

 

 

Устройство и принцип работы ИМС усилителя мощности

 

В приборах бытовой электроники широкое применение нашли интегральные усилители мощности низкой частоты. Их преимущество перед усилителями на дискретных компонентах заключается в малом числе внешних подключений и небольших габаритах. При этом интегральные усилители выполняют ряд дополнительных функций, таких как защита от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки.

В этой работе вам предстоит измерить параметры усилителя сигнала звуковой частоты, собранного на базе интегральной микросхемы К174УН7. Микросхема представляет собой усилитель мощности низкой частоты с номинальной выходной мощностью 4,5 Вт на нагрузке 4 Ом. Электрические параметры микросхемы К174УН7 приводятся в таблице 1.

 

Таблица 1 – Электрические параметры микросхемы К174УН7

Номинальное напряжение питания	15 В
Максимальное входное напряжение при Uп = 15 В, Uвых= 3,16 В, f = 1 кГц, Рвых = 2,5 Вт	30…70 мВ
Ток потребления при Uп = 15 В, Uвх = 0, T = +25°C	5…20 мА
Амплитуда входного напряжения при Uп = 15 В, Pвых = 2,5 Вт, КГ ≤2%, T = +25°C, не более	70 мВ
Выходная мощность при Uп = 15 В, Rн = 4 Ом, f = 1 кГц, T = +25°C, не менее КГ ≤ 2% КГ ≤ 10%	2,5 Вт 4,5 Вт
Диапазон рабочих частот при Uп = 15 В, ∆КУ,U ≤ 3 дБ, T = +25°C	40 Гц…20 кГц
Коэффициент гармоник при Uп = 15 В, Rн = 4 Ом, f = 1 кГц, T = +25°C, не более: Uвых = 4,25 В, Рвых = 4,5 Вт Uвых = 0,45 В, Рвых = 0,05 Вт Uвых = 3,16 В, Рвых = 2,5 Вт	10% 2% 2%
Входное сопротивление при Uп = 15 В, fвх = 1 кГц, Т = +25^°С, не менее	50 кОм
Коэффициент полезного действия при Uп = 15 В, Pвых = 4,5 Вт, f = 1 кГц, T = +25°C, не менее	50%

 

 

Микросхема предназначена для применения в усилительных трактах бытовой радиоаппаратуры [1]. Её электрическая принципиальная схема приведена на рисунке 1 [2]. Входной каскад ИМС обеспечивает основное усиление сигнала по напряжению. Из-за попеременного включения в электрическую сеть различных потребителей мощности возникают пульсации сетевого напряжения и различные помехи. Проходя через трансформатор и выпрямительный элемент, они попадают в цепи питания ИМС, а оттуда в выходной сигнал усилителя. Поэтому очень важно, чтобы входной каскад ИМС имел высокий коэффициент подавления пульсаций напряжения питания. Другое требование, которое предъявляется к усилителям мощности, это высокое входное сопротивление (десятки и сотни килом).

Предоконечный каскад является промежуточным звеном усилителя и выполняет усиление входного сигнала по напряжению и току, согласование входного и выходного каскада, а также выполняет дополнительные функции: фазовая коррекция сигнала, защита схемы от перенапряжения, защита от короткого замыкания в цепи нагрузки и т.д.

Выходной или оконечный каскад выполняется, как правило, на двух мощных транзисторах, включенных по схеме двухтактного эмиттерного повторителя (VT16, VT17). Выходной каскад осуществляет основное усиления сигнала по мощности и работает следующим образом.

При положительной полуволне выходного сигнала (первый такт) ток в нагрузку поступает от источника питания через первый из транзисторов VT16. При отрицательной полуволне сигнала (второй такт) ток от источника питания в нагрузку поступает через второй транзистор VT17. Для снижения переходных искажений выходного сигнала, образующихся при открывании второго транзистора и недозапирании первого, для выходных транзисторов необходимо задать начальный ток покоя.

В зависимости от метода преобразования мощности источника питания в мощность на нагрузке усилителя выделяют несколько режимов работы выходного каскада усилителей низкой частоты (АВ, С, D). Преимуществом интегральных усилителей мощности является высокий коэффициент усиления по напряжению (порядка 90 дБ), в то время как в усилителях мощности, выполненных на дискретных компонентах, этот параметр лежит в пределах 26 – 46 дБ.

 

Параметры интегральной схемы

Параметр – это величина, характеризующая свойство изделия. В этой лабораторной работе Вам предстоит измерить важные параметры усилителя мощности: коэффициент усиления по напряжению, входное сопротивление, коэффициент усиления по току и коэффициент усиления по мощности.

 

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению К_У,U усилителя мощности определяется как отношение амплитуды напряжения выходного сигнала U_ВЫХ к амплитуде напряжения входного сигнала U_ВХ опорной частоты

К_У,U = U_ВЫХ/U_ВХ. (1)

Опорная частота равна 1000 Гц, если иное значение не указано в технических условиях на измерения [2].

В качестве единицы измерения коэффициента усиления по напряжению часто используют децибел (дБ). Коэффициент усиления по напряжению в дБ определяется как

К_У,U [ дБ ] = 20 lg (U_ВЫХ/U_ВХ). (2)

В данной работе амплитуду сигнала можно измерить с помощью осциллографа, но намного точнее измерять среднеквадратичное значение переменного напряжения на входе и выходе устройства при помощи вольтметров V1 и V2. Осциллограф необходим для контроля формы выходного сигнала.

 

Входное сопротивление

Входное сопротивление R_ВХ является важным параметром электрической схемы. Чем больше входное сопротивление, тем эффективнее работает устройство, так как увеличивается коэффициент полезного действия устройства. Этим входное сопротивление отличается от выходного. Можно показать с помощью закона Ома для полной цепи, что для обеспечения максимального коэффициента полезного действия R_ВЫХ R_Н должны быть равны.

Входное сопротивление R_ВХ определяется как отношение приращения напряжения на входе электронного устройства к приращению тока, вызывающего это изменение тока. Измеряется в омах (Ом).

В данной работе для нахождения входного сопротивления используется схема, показанная на рисунке 4. Будем считать, что коэффициент усиления устройства не зависит от величины входного сигнала. Это предположение хорошо выполняется для усилителей, собранных на интегральных микросхемах. Тогда можно показать с помощью теории четырехполюсника, что входное сопротивление следует рассчитывать по формуле:

R_ВХ = R₁∙ (U_ВЫХ2 /U_ВЫХ1 – 1) ^{– 1}, (3)

где R₁ – сопротивление резистора на рисунке 4 (51,6 кОм), U_ВЫХ2 – амплитуда выходного сигнала, когда ключ К1 замкнут, а U_ВЫХ1 – амплитуда выходного сигнала, когда ключ К1 разомкнут.

 

Подготовка приборов к проведению измерений

 

1. Включить генератор сигналов низкочастотный Г3–112, вольтметры В1 и В2 и осциллограф С1–78. Дать приборам прогреться в течение 5-10 минут.

- установить на вольтметре, предназначенном для измерения амплитуды входного напряжения (Вх), переключатель диапазона измерений в положение 100mV;

- установить на вольтметре, предназначенном для измерения амплитуды выходного напряжения (Вых), переключатель диапазона измерений в положение 3V;

- установить переключатель вида сигнала на генераторе Г3–112 в положение «ГАРМОНИЧЕСКИЙ» (~);

- установить переключатель «ОСЛАБЛЕНИЕ» генератора Г3–112 в положение «30 дБ»;

- установить регулятор «ЧАСТОТА» в положение 10, а переключатель «МНОЖИТЕЛЬ» в положение 10², которые в совокупности устанавливают частоту входного сигнала усилителя 1000 Гц;

- с помощью регулятора «АМПЛИТУДА» на генераторе Г3–112 установить входное напряжение усилителя по вольтметру В1 V_ВХ = 10 мВ;

2. Переключатель К1 на макете усилителя перевести в крайнее левое положение.

3. Включить универсальный источник питания. Во избежание выхода микросхемы из строя регулятор напряжения трогать строго запрещается!

 

Им. Н. П. ОГАРЁВА»

 

 

Факультет электронной техники

Кафедра микроэлектроники

 

 

 

Лабораторная работа №3

по микроэлектронике

 

Измерение параметров усилителя мощности низкой частоты, собранного на ИМС К174УН7

 

Выполнил: Проверил:

студент 312 группы Никитанов С.В

Кузнецов А.А.

 

 

Саранск 2013
Цель работы: изучить методику измерения и измерить электрические параметры и характеристики усилителя мощности низкой частоты, построенного на базе интегральной микросхемы К174УН7.