的功率放大器(PAMP)是一个有用的波,振荡和共振研究,无论是机械和电气。下面是各种各样的实验,在这些实验中,功率放大器为电路或波浪设备供电的能力特别有用。
RC, RL和RLC电路
构造一个电阻、电容和电感的串联电路。用正弦波驱动电路,测量各个元件之间的电位。研究电流和电位之间的相位和幅值关系。下面的电流和电压图是用RC电路制作的,电容为4.7 μF,电阻为100 Ω。功率放大器的频率被设置为319 Hz,因为这个频率被计算为电流应该与电容上的电压相差45º的频率。
下面的电流和电压图是用RLC电路制作的,RLC电路有0.067 H电感,4.7 μF电容和100 Ω电阻。
使用分量值的计算将预测电流将超前电压70度,结果与此吻合得很好。
非欧姆灯泡和欧姆定律
斜坡波形可用于快速测量电路元件的I-V(电流-电压)特性。
将功率放大器的输出端连接到一个设备上,例如灯泡或电阻。使用日志记录器箴或LabQuest应用程序来绘制通过组件的电流和通过它的电位。比较电灯泡和电阻器是特别有趣的。
下面是使用50号灯的结果。请注意:电流vs.时间图与电位不匹配vs.时间图。右边是电流图vs.电势,显示灯的非线性(非欧姆)行为。
功率放大器附属扬声器的共振实验
游标销售的配件扬声器使用功放副音箱(PAAS-PAMP)。下面是一些可以用这个扬声器做的实验。这些实验可以在许多不同的演讲者身上进行。游标功放音箱配件的优点是在扬声器上有一个安装柱,扬声器锥将通过比大多数更大的距离移动。
观察驻波和谐波
- 将扬声器放在桌上,并连接功率放大器。
- 将带螺纹的钩螺钉安装在驱动板上。(请注意:设备附带一个小垫片。可置于钩螺钉与驱动板之间,以抬高钩螺钉。)把松紧带系在钩螺丝上。
- 将松紧带的另一端固定在环架上。
- 移动扬声器,使琴弦产生张力。
- 使用软件生成一个振幅为4v,频率约为15hz的正弦波。
- 调整弦的张力,直到你有一个基本频率的驻波。
- 频率加倍。描述驻波的变化。
- 三倍的基频。描述驻波的变化。
- 试着把频率提高四倍。
用弹性弦测量波的速度
- 将扬声器放在桌上,并连接功率放大器。
- 将力传感器安装在环架上。
- 将带螺纹的钩螺钉安装在驱动板上。
- 将弹性绳系在扬声器上的钩螺丝柱上。
- 将绳子的另一端连接到力传感器上。
- 移动扬声器,使琴弦产生张力。
- 使用软件生成一个振幅为4v,频率约为15hz的正弦波。
- 调整弦的张力,直到你有一个基本频率的驻波。
- 使用数据收集软件来确定管柱的张力。
- 已知波的速度等于频率乘以波长,求出波的速度。
观察弹簧上的共振
- 将带螺纹的钩螺钉安装在驱动板上。
- 将扬声器固定在环形支架上,扬声器朝下。
- 将弹簧的一端固定在扬声器上的挂钩螺丝上。
- 在弹簧的另一端加一个重物。
- 知道了弹簧的弹簧常数和重物的质量,计算出质量振荡的周期和频率。
- 使用软件生成一个振幅为4v,频率约为1hz的正弦波。观察物体的运动。
- 稍微提高频率,如0.2 Hz。观察物体的运动。
- 继续增加频率并接近上述步骤4中计算的频率。
- 描述到达该频率时重物的运动。
- 用另一个弹簧和重物组合重复上述动作。
当前的vs.电子元件电压图
三角波形可用于快速测量其他电子元件(如二极管、齐纳二极管和晶体管)的I-V(电流-电压)特性。下面是使用二极管和齐纳二极管制作的示例图。
二色的发光二极管
便宜的双色,红/绿,led可以驱动功率放大器在不同的频率,以显示几个有趣的效果。LED应该与一个限流电阻串联,通常是几百欧姆。当电流流向一个方向时,LED会发出红光,当电流流向另一个方向时,LED会发出绿光。三角形波形可用于驱动led。在低频率下,可以清楚地看到这种转变。在较高频率下,LED呈现橙色。探索需要多高的频率才能让眼睛只看到一种颜色是很有趣的。尝试快速移动双色LED,当它被三角形或正弦波形驱动时,可以看到有趣的视觉效果。你能解释一下你看到了什么吗?
使用功率放大器作为直流电源
功率放大器可提供直流电压达10v,电流达1a。它可以取代直流电源,并提供计算机控制的优势。
线圈中的感应电流
用三角波、方波或正弦波驱动初级线圈,测量次级线圈中的感应电位。感应电位与初级线圈中电流的变化率成正比,这意味着线圈对本质上是一台寻找波形导数的机器。
在这三个例子中,功率放大器和初级线圈的输出电位用游标差分电压探头(DVP-BTA)测量,二级线圈的电位用游标仪表放大器(INA-BTA)测量。可以使用第二个差分电压探头或简单的电压探头(VP-BTA)代替,但读数将比用仪表放大器获得的读数更嘈杂。
在下面的例子中,一个大线圈由功率放大器输出的正弦波驱动。在第一个线圈内的一个小线圈有一个感应电压波形。注意,感应波形与驱动波形相差90度。
使用两个线圈的另一个很好的演示是用三角形波形驱动初级电路。感应电位的波形是什么?
方波研究起来也很有趣:
用这个仪器研究的一些事情是:
- 感应电位的幅值如何依赖于原电势的波形频率?
- 感应电位的幅值如何依赖于原电势的波形幅值?
- 次级波形的形状如何依赖于初级波形?
- 你看到初级线圈有自感的迹象了吗?提示:比较波形从功率放大器与没有线圈连接。
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