Technik elektronik
egzamin z przygotowania
zawodowego
Przykładowe zadanie praktyczne
wraz z przykładowym
rozwiązaniem
Ogólny temat zadania
praktycznego
Opracuj projekt realizacji
prac związanych z
uruchomieniem i
sprawdzeniem działania
układu lub urządzenia
elektronicznego.
Schemat rozwiązania zadania
Tytuł projektu
Założenia
1.
Wybrane parametry układu
2.
Wyposażenie stanowiska
3.
Rodzaj wykonywanych pomiarów
I. Projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i
sprawdzeniem działania …
1.
Wykaz działań związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania
2.
Schematy pomiarowe (do każdego pomiaru)
3.
Słowny opis wykonania pomiaru każdego z parametrów układu
4.
Wskazania eksploatacyjne dla użytkownika urządzenia
II. Dokumentacja z badania układu/urządzenia
1.
Wyniki obliczeń podstawowych parametrów
2.
Zestawienie wyników obliczeń z danymi katalogowymi
3.
Określenie, czy w zakresie wykonanych pomiarów urządzenie
spełnia normy katalogowe
Temat zadania
przykładowego
Opracuj projekt realizacji prac związanych
z uruchomieniem i sprawdzeniem
działania wzmacniacza mocy klasy AB,
małej częstotliwości, o mocy
maksymalnej 14W zgodnie z jego
danymi technicznymi (załącznik 1).
Uruchom wzmacniacz, przeprowadź
pomiary obciążając go głośnikiem 4 i
8. Na podstawie pomiarów sformułuj
wnioski i wskazania dla użytkownika.
Temat zadania
przykładowego – cd.
Projekt realizacji prac powinien zawierać:
wykaz działań związanych ze sprawdzeniem poprawności
montażu wzmacniacza i z jego uruchomieniem,
podstawowe parametry wzmacniacza uwzględniające jego
warunki zasilania i obciążenia,
schematy układów do sprawdzenia działania wzmacniacza mocy,
opis sposobu pomiarów podstawowych parametrów
wzmacniacza mocy,
tabele do zapisania wyników pomiarów, wybranych parametrów i
charakterystyk wzmacniacza mocy,
wykaz aparatury kontrolno-pomiarowej niezbędnej do
sprawdzenia działania wzmacniacza mocy,
wskazania eksploatacyjne dla wzmacniacza mocy
uwzględniające m.in. wpływ zmian napięcia zasilającego i
impedancji obciążenia na parametry wzmacniacza.
Temat zadania
przykładowego – cd.
Udokumentowanie wykonania zadania
powinno zawierać:
dokumentację powstałą w wyniku:
sprawdzania, uruchomienia, i testowania
wzmacniacza mocy,
analizę otrzymanych: wyników pomiarów,
charakterystyk i testów wzmacniacza,
wskazania dla użytkownika zawierające
możliwości zmian parametrów wzmacniacza
Temat zadania
przykładowego – cd.
Do opracowania projektu realizacji
prac wykorzystaj:
właściwości i dane techniczne
wzmacniacza mocy 14W – Załącznik 1,
wyciąg z noty katalogowej układu
scalonego TDA2030 – Załącznik 2.
Temat zadania
przykładowego – cd.
Do wykonania zadania wykorzystaj:
stanowisko z przyłączem sieci energetycznej
230V/50Hz, zabezpieczone wyłącznikiem
różnicowo-prądowym i sygnalizacją obecności
napięcia sieciowego,
aparaturę kontrolno-pomiarową między
innymi oscyloskop dwukanałowy, generator
funkcyjny, multimetr cyfrowy, miernik mocy
wyjściowej, miernik zniekształceń oraz
uruchamiany wzmacniacz z dokumentacją
techniczną.
Temat zadania przykładowego –
Zał. 1
Temat zadania przykładowego –
Zał. 1
Schemat ideowy wzmacniacza przedstawiony jest na
rysunku obok. Jest to wzmacniacz mocy małej
częstotliwości klasy AB. Można go obciążyć głośnikiem o
impedancji od 4. Do wejścia układu można podłączyć
każde urządzenie dające sygnał standardowy (tj. nie
wymagający korekcji ani wstępnego wzmocnienia czyli
poziom ok. 200mV). Doskonale zatem wzmacniacz ten
nadaje się do współpracy z magnetofonem, tunerem
radiowym czy gramofonem z wkładką piezoelektryczną.
Natomiast sygnały pochodzące z gitary, mikrofonu czy
gramofonu z wkładką magnetyczną należy poddać
wstępnemu
wzmocnieniu
i
ewentualnej
korekcji
widmowej.
Temat zadania przykładowego –
Zał. 1
Schemat
montażow
y
Temat zadania przykładowego –
Zał. 1
Widok od
strony
elementów
Temat zadania przykładowego –
Zał. 1
Nazwa parametru
Wartość
Napięcie zasilania -
+U
z
14 – 28V(zaleca się nie
przekraczanie wartości
24V)
Prąd wyjściowy zasilacza -
I
z
Nie mniejszy niż 1A
Prąd spoczynkowy
wzmacniacza -
I
d
60mA
Impedancja głośnika -
Z
4
8
Maksymalna moc
wyjściowa-
P
wymax
Z=4:
12W
Z=8: 8W
Temat zadania przykładowego –
Zał. 2
Wyciąg z noty katalogowej układu scalonego TDA2030
Układ TDA2030 firmy STMicroelectronics został
zaprojektowany jako układ do zastosowań we
wzmacniaczach mocy małej częstotliwości klasy AB.
Umieszczony został w niewielkiej obudowie typu
PENTAWATT® (patrz rysunek poniżej). Typową mocą
wyjściową układu jest 14W przy podwójnym zasilaniu
±14V lub pojedynczym +28V dla obciążenia 4.
Gwarantowana moc wyjściowa to 12W dla 4 obciążenia i
8W dla 8 obciążenia. Przy dużej mocy wyjściowej układ
ten charakteryzuje się bardzo małymi zniekształceniami
wynoszącymi 0,5% maksymalnie dla Po=0,1 do 12W.
TDA2030 ma wbudowane zabezpieczenie
przeciwzwarciowe. Na rysunku poniżej przedstawiony jest
rozkład końcówek układu TDA2030.
Temat zadania przykładowego –
Zał. 2
Temat zadania przykładowego –
Zał. 2
Podstawowe dane techniczne układu TDA2030
Sym
b
ol
Parameter
Min
Typ
Max
jedno
st
ka
Vs
Napięcie zasilania
6
12
18
36
V
Id
Prąd spoczynkowy
40
60
mA
Po
Moc wyjściowa
Z=4
Z=8
12
8
14
9
W
d
Zniekształcenia P=0.1-12W, Z=4
P=0.1-8W, Z=8
0.2
0.1
0.5
0.5
%
B
Pasmo pzenoszenia (-3 dB)
P=12W,Z=4
10 – 140000
Hz
Ri
Rezystancja wejściowa (pin 1)
0.5
5
M
Gv
Wzmocnienie napięciowe (otwarta
pętla)
90
dB
Gv
Wzmocnienie napięciowe (zamknięta
pętla)
29.5
30
30.5
dB
Temat projektu
Projekt prac związanych z uruchomieniem
wzmacniacza
mocy
klasy
AB,
małej
częstotliwości, o mocy maksymalnej 14W
zgodnie
z
jego
danymi
technicznymi
(załącznik
1),
sprawdzeniem
jego
podstawowych parametrów przy obciążeniu
4 i 8 omów oraz sformułowaniem wniosków i
wskazań eksploatacyjnych dla użytkownika.
Formułujemy na podstawie treści zadania
Temat projektu a treść
zadania
I. Założenia do projektu
1.
Parametry techniczne wzmacniacza
mocy
2.
Wykaz urządzeń, przyrządów i
materiałów użytych w ćwiczeniu
3.
Rodzaje badań
1. Parametry techniczne
wzmacniacza
Wzmacniacz pracuje w klasie AB
(treść zadania, zał.1)
Moc wzmacniacza mocy wynosi 14W
(treść zadania, zał. 2)
Parametry wzmacniacza mocy:
(zał.1)
Uz= 14-28V
Iz = 1A
Pwy= 12W przy Z= 4 Ω lub Pwy= 8W przy Z= 8 Ω
Is = 60mA
Schemat montażowy i ideowy wzmacniacza mocy:
Załącznik 1
do zadania egzaminacyjnego
Parametry układu TDA 2030:
(zał. 2)
Uz= 14-28V
Is = 40mA
Pwy = 14W przy Z= 4Ω lub Pwy= 9W przy Z= 8Ω
Pasmo przenoszenia przy P= 12W i Z= 4 B= (10-140000) Hz
Rwe= 5MΩ
Sprawdzenie poprawności działania przyrządów i układów.
2. Wykaz urządzeń, przyrządów
i materiałów użytych w
ćwiczeniu
Wykaz urządzeń:
(treść zadania)
Wzmacniacz mocy (klasa AB) z dokumentacją techniczną
Zasilacz laboratoryjny
Wykaz przyrządów:
(treść zadania)
Oscyloskop dwukanałowy
Generator funkcyjny
Multimetr cyfrowy
Rezystory 4 i 8
Wykaz materiałów:
Przewody BNC
Przewody z końcówkami typu „bananek”
Stanowisko pomiarowe z zasilaniem ~230V/ 50Hz,
zabezpieczone wyłącznikiem różnicowo-prądowym i
sygnalizacją obecności napięcia sieciowego
(z treści
zadania)
Wykaz urządzeń, przyrządów i
materiałów a treść zadania
3. Rodzaje badań
Sprawdzenie poprawności montażu
(treść zad.)
Pomiar prądu pobieranego przez wzmacniacz
(treść zad. Zał. 1
)
Wyznaczenie maksymalnej mocy wyjściowej
(treść
zad.)
Pomiar parametrów typowych dla
urządzenia
Wyznaczenie charakterystyki pasma przenoszenia
przy obciążeniu 4 i 8 omów
Wyznaczenie sprawności wzmacniacza
Wyznaczenie zakresu zmian napięcia wejściowego
Rodzaje badań a treść
zadania
II. Projekt realizacji prac
związanych z uruchomieniem
i zbadaniem wzmacniacza
4.
Wykaz działań związanych z
wykonaniem ćwiczenia
5.
Opis czynności i pomiarów związanych
z wykonaniem ćwiczenia
6.
Wskazania eksploatacyjne
4. Wykaz działań związanych z
wykonaniem ćwiczenia
Sprawdzenie poprawności działania przyrządów i
urządzeń
Sprawdzenie poprawności wykonania wzmacniacza
mocy klasy AB
Podłączenie i uruchomienie wzmacniacza mocy klasy
AB oraz pomiar prądu pobieranego przez wzmacniacz
Sprawdzenie poprawności działania wzmacniacza
mocy klasy AB:
Wyznaczenie maksymalnej mocy wyjściowej
Wyznaczenie charakterystyki pasma przenoszenia
Wyznaczenie sprawności wzmacniacza mocy klasy AB
Wyznaczenie zakresu zmian napięcia wejściowego
Zbadanie wpływu obciążenia 4 i 8 na moc wyjściową
układu
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.1. Sprawdzenie poprawności wykonania
wzmacniacza mocy klasy AB
Sprawdzenie jakości wykonania połączeń
na płytce oraz sprawdzenie czy
elementy na płytce nie zostały
uszkodzone.
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.2 Podłączenie i
uruchomienie
wzmacniacza mocy klasy
AB:
Po podłączeniu do zasilacza
laboratoryjnego należy
sprawdzić czy prąd
pobierany przez
wzmacniacz nie
przekracza
dopuszczalnej wartości
( dla Uz=14-28V Iz <
1A). Schemat
pomiarowy
przedstawiono na
rysunku nr 1.
Rysunek 1. Układ
pomiarowy do
sprawdzenia prądu
pobieranego przez
wzmacniacz
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.3
Wyznaczenie maksymalnej mocy
wyjściowej:
Układ zasilamy napięciem dopuszczalnym.
Pomiar należy wykonać dla napięcia wejściowego o
częstotliwości 1kHz. Obciążenie wynosi Z= 4 lub Z= 8.
Oscyloskop pozwoli upewnić się, że sygnał wyjściowy
pozbawiony jest zniekształceń. Multimetr umożliwia pomiar
napięcia wyjściowego.
Napięcie sygnału wejściowego zmieniamy tak, aby uzyskać
na wyjściu sygnał maksymalnie wzmocniony, ale
pozbawiony zniekształceń, co będzie widać na
oscyloskopie. Układ pomiarowy na rysunku nr 2.
Moc wyjściową obliczymy ze wzoru:
Z
U
P
wy
2
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.3
Wyznaczenie maksymalnej mocy
wyjściowej:
Rysunek 2. Schemat do pomiaru maksymalnej mocy
wyjściowej
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.4
Wyznaczenie charakterystyki pasma przenoszenia
przy rezystancji obciążenia 4Ω.
Pomiar wg schematu na rysunku nr 3 należy wykonać
metodą punkt po punkcie.
Dla wybranej wartości napięcia zasilania (z
dopuszczalnego przedziału (14-28V) i stałej wartości
napięcia wejściowego) zmieniamy częstotliwość
sygnału wejściowego i odczytujemy dla każdej z nich
napięcie wyjściowe. Wyniki zapisujemy w tabeli nr 1.
Na podstawie pomiarów można wykreślić
charakterystykę częstotliwościową oraz zaznaczyć
częstotliwości graniczne pasma przenoszenia.
Badania można przeprowadzić też dla obciążenia 8 Ω.
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.4
Wyznaczenie charakterystyki pasma przenoszenia
przy rezystancji obciążenia 4Ω.
Rysunek 3 Schemat do wyznaczenia charakterystyki pasma
przenoszenia
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.4
Wyznaczenie charakterystyki pasma przenoszenia
przy rezystancji obciążenia 4Ω.
Z= 4 (lub Z= 8)
Tabela nr 1. Wyniki pomiarów do wyznaczenia
charakterystyki pasma przenoszenia.
Uwe
Wartość jest stała, zmienia się tylko częstotliwość.
F[Hz] 20 50
100 200 500 1k
2k
5k
10k 20k 50
k
100
k
Uwy
[V]
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.5
Wyznaczenie sprawności wzmacniacza mocy klasy AB:
Sprawność wzmacniacza jest to stosunek mocy
oddawanej na obciążenie wzmacniacza do mocy
pobieranej ze źródła zasilania. Wyznaczamy ją ze wzoru:
%
100
*
pob
wy
P
P
Gdzie:
zas
zas
pob
I
U
P
*
Z
U
P
wy
wy
2
zaś
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.5
Wyznaczenie sprawności wzmacniacza mocy klasy
AB
W układzie pomiarowym z rysunku nr 4 ustalamy
napięcie zasilania (z dowolnego dopuszczalnego
przedziału) oraz amplitudę i częstotliwość sygnału
wejściowego. Z przyrządów odczytujemy wartości
Uzas, Izas, Uwy i na podstawie podanych wzorów
wyznaczamy sprawność. Badania wykonujemy dla
obciążenia Z=4. Można je powtórzyć dla obciążenia
Z=8.
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.5
Wyznaczenie sprawności wzmacniacza mocy klasy AB
Rysunek 4 Schemat do wyznaczenia sprawności
wzmacniacza
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.6 Wyznaczenie zakresu zmian napięcia wejściowego:
Pomiar wg schematu na rysunku nr 5 pozwoli nam sprawdzić, jaki
jest maksymalny poziom napięcia wejściowego, który nie
powoduje przesterowania wzmacniacza.
Układ zasilamy dopuszczalnym napięciem.
Obciążenie wynosi 4Ω (potem można powtórzyć dla 8Ω).
Dobieramy stałą częstotliwość sygnału wejściowego z zakresu
pasma przenoszenia.
Na wejściu zmieniamy napięcie w zakresie od 0 do 0,5V i dla
każdego odczytujemy napięcie wyjściowe. Wyniki notujemy w
tabeli nr 2.
Na podstawie pomiaru można wykreślić charakterystykę
przejściową wzmacniacza. Z niej widać, w którym momencie
wzmocnienie przestaje być liniowe. Jest to napięcie Uwemax,
powyżej którego wzmacniacz zniekształca sygnał.
Oscyloskop podłączony na wyjściu pozwoli zaobserwować
moment, w którym sygnał wyjściowy zaczyna być zniekształcony.
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.6 Wyznaczenie zakresu zmian napięcia wejściowego:
Rysunek 5 Schemat do wyznaczenia zakresu zmian napięcia
wejściowego
5. Opis czynności i pomiarów
związanych z wykonaniem
ćwiczenia
5.6 Wyznaczenie zakresu zmian napięcia wejściowego:
Tabela 2. Pomiary zakresu zmian napięcia wejściowego
Uw
e
[mV
]
0
30
75
10
0
13
0
17
5
20
0
23
0
27
5
30
0
33
0
37
5
40
0
…
Uw
y
[V]
6. Dokumetacja badań
Wynik pomiaru prądu zasilania (5.2)
Wyniki pomiarów napięcia wyjściowego i obliczenie
maksymalnej mocy wyjściowej dla obciążenia 4 i 8 Ω (5.3)
Tabela pomiarowa nr 1, wyznaczone na jej podstawie
charakterystyka pasma przenoszenia dla dwóch różnych
obciążeń oraz wyznaczone w każdym z przypadków pasmo
przenoszenia wraz z częstotliwościami granicznymi. (5.4)
Wyniki pomiarów z punktu 5.5 oraz obliczona sprawność
wzmacniacza.
Tabela pomiarowa nr 2, wykreślona na jej podstawie
charakterystyka przejściowa oraz zaznaczone napięcie
Uwemax, powyżej którego następują zniekształcenia
sygnału wyjściowego.
7. Wskazania eksploatacyjne
Nie należy przekraczać napięcia zasilania
większego od 24V
Odniesienie się do otrzymanych wyników
pomiarów i porównanie ich z parametrami
podanymi jako znamionowe.
(jeżeli w
zadaniu będą dane wyniki pomiarów, to
porównujemy je z katalogowymi)
Podanie ewentualnych różnic w
parametrach wzmacniacza mocy.
Jak lepiej przygotować się do
egzaminu praktycznego?
Przypomnieć sobie najważniejsze parametry
różnych układów elektronicznych
Wzmacniacze
Generatory
Układy kształtujące
Układy zasilające
Układy cyfrowe (liczniki, multi- i demultipleksery,
rejestry, komparatory, sumatory, kodery)
Przypomnieć sobie wzory opisujące różne
parametry urządzeń
Zapoznać się z działaniem tych układów
Powtórzyć metody pomiarowe i ich dobór do
pomiaru określonych wartości
Dziękuję za uwagę i
życzę powodzenia na
egzaminie
Przemyśl, dnia 12 czerwca 2006 r.