Sprawozdanie nr. 3 - Selektywny wzmacniacz LC.

Pracownia elektroniczna
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 3
Temat:
Badanie selektywnego wzmacniacza LC
Data 上午一-07-21
OPRACOWANIE TEORETYCZNE
Obwody rezonansowe RLC
1. Rezonans napięć.
Jeżeli do zacisków obwodu złożonego z szeregowo połączonych rezystora, cewki i
kondensatora przyłożymy napięcie przemienne o częstotliwości f to w obwodzie tym popłynie
2
prąd i. Spadek napięcia na cewce i kondensatorze będzie zależał od wartości częstotliwości.
Dla małych częstotliwości UL będzie małe, bo XL=L a UC duże, ponieważ X C 
1
. Dla
C
dużych częstotliwości UL będzie duże, a UC małe. Przy pewnej częstotliwości f0 zwanej
rezonansową nastąpi sytuacja, że UL = UC czyli wypadkowa napięcia bierna będzie równa
zero. Prąd w rezonansie osiąga wartość max. i 
U
, a poszczególne napięcia bierne
R
przekraczać wartość napięcia zasilającego. Częstotliwość rezonansowa :
f 02 
1
4  LC
f0 
2
1
2  LC
2. Rezonans prądów.
W przypadku równoległego połączenia elementu RLC to dla pewnej częstotliwości
rezonansowej f0 nastąpi sytuacja gdy iL= iC , czyli prąd wypadkowy w oczku LC będzie
zerowy. Wówczas prąd i wpływający do obwodu będzie równy i 
U
. Pomiędzy cewką i
R
kondensatorem popłynie prąd rezonansowy. Częstotliwość rezonansowa:
f0 
1
2  LC
Wzmacniacz rezonansowy
Zadaniem wzmacniacza rezonansowego jest wzmacnianie sygnałów w określonym
paśmie i możliwe skuteczne tłumienie sygnałów leżących poza tym pasmem. Oprócz
odpowiedniej charakterystyki częstotliwościowej wzmocnienia, od wzmacniacza
rezonansowego oczekuje się dużego wzmocnienia w paśmie, odpowiednich impedancji
wejściowej i wejściowej, małych szumów i dużej maksymalnej mocy sygnału wyjściowego.
Schemat wzmacniacza rezonansowego
Charakterystyka wzmacniacza rezonansowego
3
Korzystniejszy kształt charakterystyki częstotliwościowej uzyskuje się przez użycie paru
obwodów rezonansowych, wzajemnie ze sobą sprzężonych.
Dobroć rzeczywista wzmacniacza rezonansowego: Q  R
C
R

 R  0C
L 0 L
Wzmacniacz rezonansowy można stosować tylko w zakresie częstotliwości większych od
kilkudziesięciu kHz, gdyż obwody rezonansowe mają przy mniejszych częstotliwościach
niekorzystne parametry elektryczne i są kłopotliwe w produkcji.
PRZEBIEG ĆWICZEŃ
1. Pomiar charakterystyki Uwy=f(f)
Na wejście wzmacniacza podajemy sygnał z generatora sinusoidalnego o napięciu 100 mV i
zmieniając częstotliwość w przedziale od 50 kHz do 150 kHz mierzymy napięcie wyjściowe
wzmacniacza. Pomiar przeprowadzamy dla następujących wartości rezystancji zwierających
obwód rezonansowy:
a) Rz = 
b) Rz = 200 k
c) Rz = 100 k
d) Rz = 51 k
Wyniki pomiarów:
f
Hz
60.00
70.00
72.00
74.00
R
nieskończone
Uwy
V
0.33
0.79
1.05
1.31
R=200k
R=100k
R=51k
Uwy
V
0.32
0.80
1.06
1.38
Uwy
V
0.34
0.76
0.95
1.20
Uwy
V
0.33
0.68
0.84
0.99
4
76.00
78.00
50.00
80.00
82.00
84.00
86.00
90.00
95.00
100.00
110.00
1.87
2.55
0.18
2.72
2.13
1.62
1.19
0.84
0.57
0.41
0.32
2.11
2.59
0.18
2.59
1.99
1.55
1.11
0.82
0.54
0.42
0.31
1.51
1.71
0.18
1.71
1.55
1.32
1.04
0.77
0.53
0.43
0.33
1.15
1.25
0.18
1.25
1.16
1.04
0.90
0.73
0.53
0.41
0.32
2. Pomiar charakterystyki Uwy=f(Uwe)
Na wejście wzmacniacza podajemy sygnał z generatora sinusoidalnego o częstotliwości f=f0
dla rozwartej rezystancji Rz. Na wyjściu podłączamy oscyloskop i woltomierz. Mierzymy
napięcie wyjściowe zmieniając napięcie wejściowe od 0V aż do zaobserwowania
zniekształceń napięcia wyjściowego na oscyloskopie.
Wyniki pomiarów:
Uwe
mV
0
30
34
38
42
46
50
54
58
62
66
70
74
78
80
Uwy
V
0
0.84
1.00
1.15
1.24
1.37
1.50
1.60
1.73
1.85
1.97
2.08
2.22
2.30
2.35
Uwagi
zniekształcenia
3. Pomiar napięć stałych w charakterystycznych punktach wzmacniacza.
Wyniki opisane na schemacie wzmacniacza.
OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIAROWYCH
Schemat badanego wzmacniacza:
5
Charakterystyki Ku=f(f)
30.00
Ku V/V
R=nieskończoność
R=200 k
R=100 k
R= 51 k
20.00
10.00
f Hz
0.00
40.00
60.00
80.00
Wyliczenie indukcyjności cewki obwodu rezonansowego:
100.00
120.00
6
f 0  80 kHz ; C  360 pF
1
L
 10,9 H
2 2
4 f 0 C
Pasmo przenoszenia i dobroci wzmacniacza dla różnych wartości rezystancji zwierającej
obwód rezonansowy:
Rz
k

200
100
51
Ku-3dB
V/V
1,92
1,83
1,21
0,88
fd
kHz
77
76
74
73
fg
kHz
83
83
84
86
f
kHz
6
7
10
13
Q
13,33
11,43
8
6,15
Dobroci wzmacniacza wyznaczone ze wzoru:
Q=f0/f
f0=80 kHz - odczytane z pomiarów
Charakterystyka Uwy=f(Uwe)
2.50
Uwy ( V )
2.00
1.50
1.00
0.50
Uwe ( mV )
0.00
0.00
20.00
40.00
Użyteczny zakres napięć wejściowych wynosi 0-78 mV
60.00
80.00
7
Omówienie działania i własności wzmacniacza rezonansowego
Obwód rezonansowy stanowi obciążenie wzmacniacza. Dla częstotliwości mniejszych od f0
znaczna część prądu wyjściowego wzmacniacza płynie w gałęzi cewki, która dla małych
wartości częstotliwości ma małą reaktancję. W gałęzi kondensatora płynie wtedy prąd bardzo
mały, ponieważ kondensator posiada dużą reaktancję dla małych częstotliwości.
Przy częstotliwościach większych od f0 znaczny prąd płynie w gałęzi kondensatora (mała
reaktancja dla dużych częstotliwości) a w gałęzi z cewką płynie prąd pomijalnie mały (duża
reaktancja dla dużych częstotliwości).
Przy częstotliwości rezonansowej obwód cewka - kondensator nie stanowi żadnego
obciążenia dla wzmacniacza i cały prąd wyjściowy płynie przez impedancję obciążenia.
Poprzez dołączanie równolegle do obwodu rezonansowego rezystancji zmniejszamy
współczynnik wzmocnienia wzmacniacza i rozszerzamy pasmo przenoszenia.
a1a