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

  1. 将扬声器放在桌上,并连接功率放大器。
  2. 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。
  3. 将松紧带的另一端固定在环架上。
  4. 移动扬声器,使琴弦产生张力。
  5. 使用软件生成一个振幅为4v,频率约为15hz的正弦波。
  6. 调整弦的张力,直到你有一个基本频率的驻波。
  7. 频率加倍。描述驻波的变化。
  8. 三倍的基频。描述驻波的变化。
  9. 试着把频率提高四倍。

用弹性弦测量波的速度

  1. 将扬声器放在桌上,并连接功率放大器。
  2. 将力传感器安装在环架上。
  3. 将带螺纹的钩螺钉安装在驱动板上。
  4. 将弹性绳系在扬声器上的钩螺丝柱上。
  5. 将绳子的另一端连接到力传感器上。
  6. 移动扬声器,使琴弦产生张力。
  7. 使用软件生成一个振幅为4v,频率约为15hz的正弦波。
  8. 调整弦的张力,直到你有一个基本频率的驻波。
  9. 使用数据收集软件来确定管柱的张力。
  10. 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

  1. 将带螺纹的钩螺钉安装在驱动板上。
  2. 将扬声器固定在环形支架上,扬声器朝下。
  3. 将弹簧的一端固定在扬声器上的挂钩螺丝上。
  4. 在弹簧的另一端加一个重物。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 稍微提高频率,如0.2 Hz。观察物体的运动。
  8. 继续增加频率并接近上述步骤4中计算的频率。
  9. 描述到达该频率时重物的运动。
  10. 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。

二极管的I-V图
5.1 V齐纳二极管的I-V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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