Описание лабораторного макета усилителя мощности

 

Большинство электронных устройств на основе микросхем, содержат минимальное количество внешних элементов на печатной плате, которые образуют обвязку или схему включения ИМС. Для реализации устройства усилителя мощности была использована типовая электрическая схема включения микросхемы К174УН7, показанная на рисунке 2. В качестве внешних элементов в ней используются резисторы и конденсаторы.

 

 

На основе типовой схемы включения был собран макет усилителя мощности для измерения электрических характеристик в данной лабораторной работе. Внешний вид макета показан на рисунке 3.

 

 

На верхней панели макета имеются два разъема. Первый разъем «Вход» служит для подачи входного напряжения с генератора сигналов. Второй разъем «Выход» обеспечивает возможность подключения к выходу макета измерительного прибора, например, вольтметра или осциллографа. Для проведения измерений параметров усилителя необходимо подключить ко входу макета усилителя генератор синусоидальных сигналов и вольтметр V1, а выход макета подключить к вольтметру V2 и осциллографу. На макете имеются две клеммы для подачи напряжения питания, «+» и «–», и две клеммы для подключения нагрузки. В обычном варианте это резистор R_H, однако, можно подключить и громкоговоритель.

Передняя боковая панель макета снабжена переключателем К1, который необходим для измерения входного сопротивления микросхемы. Для измерения входного сопротивления типовая схема включения ИМС (рисунок 2) была модифицирована дополнительным резистором R₁ с параллельно соединенным ему переключателем К1 (рисунок 4). На рисунке 3 показано положение, в котором переключатель К1 замкнут. Величина сопротивления R₁ должна быть не менее входного сопротивления микросхемы [2]. Измеряя выходное напряжение при двух положениях переключателя К₁ и зная сопротивление R₁, можно рассчитать входное сопротивление.

 

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.