POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 9

DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

2

A) Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, właściwościami podstawowego

wzmacniacza mocy klasy AB, jego charakterystykami i parametrami.

B) Program ćwiczenia

1. Wykreślenie charakterystyki dynamicznej wzmacniacza U

wy

= f(U

we

) przy f = 1 kHz

2. Wykreślenie charakterystyki częstotliwościowej (pasmo przenoszenia) U

wy

= f(f)

przy U

we

= const.

3. Pomiar zniekształceń nieliniowych w funkcji mocy h[%] = f(P

0

)

4. Określenie wzmocnienia napięciowego k

u

5. Określenie sprawności wzmacniacza w funkcji mocy wydzielanej na obciążeniu

η = f(P

0

) dla f = 1 kHz

C) Część pomiarowa

Przedmiotem badań jest układ wzmacniacza mocy klasy AB.

Rys.1. Schemat ideowy badanego wzmacniacza

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

3

1. Charakterystyki dynamiczne wzmacniacza U

wy

= f(U

we

) przy f = 1 kHz

GENERATOR

V

V

U

wy

U

we

U

Z

we

wy

T

3

R

L

U

CC

OSCYLOSKOP

we

Y

Rys. 2. Układ do zdejmowania charakterystyki dynamicznej U

wy

= f(U

we

), oraz

częstotliwościowej U

wy

= f(f)

Ustawić częstotliwość generatora na f = 1000 Hz, zmieniając wartość napięcia

wyjściowego generatora od zera do takiej wartości, gdy na obciążeniu R

0

= 10

Ω i 4,7Ω

przebieg napięcia wyjściowego obserwowany na oscyloskopie zaczyna być

zniekształcony.

Przy zmianach napięcia wejściowego U

we

należy pamiętać, że f=1kHz=const.

Wyniki zanotować w tabeli.

Tab.1

Charakterystyka dynamiczna wzmacniacza U

wy

= f(U

we

) przy f =1000 Hz = const./ R

0

= 10

Ω

U

we

[V] 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1

U

wy

[V]

k

U

Tab.1a

Charakterystyka dynamiczna wzmacniacza U

wy

= f(U

we

) przy f =1000 Hz = const. / R

0

= 4,7

Ω

U

we

[V] 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1

U

wy

[V]

k

U

Wykreślić charakterystyki U

wy

= f(U

we

) na wspólnym wykresie dla dwóch wartości R

0

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

4

2. Określenie wzmocnienia napięciowego k

u

= f(U

we

)

Określić wzmocnienie napięciowe wzmacniacza k

u

przy f = 1 kHz = const. korzystając

z charakterystyk dynamicznych wzmacniacza (p-t 1, Tab. 1a i b).

k

u

=

Uwe

Uwy

Wykreślić charakterystyki k

u

= f(U

we

) na wspólnym wykresie dla dwóch wartości R

0

3. Charakterystyki częstotliwościowe (pasmo przenoszenia) Uwy = f(f)

przy Uwe = const.

Układ do zdjęcia tej charakterystyki przedstawiono na rys 2. Napięcie generatora

ustawić na wartość U

we

= 500 mV, przy częstotliwości f = 1 kHz. Sprawdzić przy

pomocy oscyloskopu przebieg sygnału na wyjściu wzmacniacza i jeśli jest

niezniekształcony przystąpić do pomiarów.

Zmieniając częstotliwość generatora w granicach (jak w Tab. 2 i 2a) przy U

we

= 500 mV

= const, odczytywać wskazania woltomierza włączonego na wyjście wzmacniacza

jednocześnie obserwując przebieg oscyloskopowy na wyjściu wzmacniacza.

Wyniki pomiarów zanotować w tabeli.

Tab.2

Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza U

wy

= f(f) przy U

we

=500 mV = const./ R

0

= 10Ω

f

[Hz] 20 30 60 100 200 300 600 1000 2000 3000 6000 10000 20000 30000

U

wy

[V]

f

[kHz]

60

100

200

300

400

U

wy

[V]

Tab.2a

Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza U

wy

= f(f) przy U

we

=500 mV = const./ R

0

= 4,7Ω

f

[Hz] 20 30 60 100 200 300 600 1000 2000 3000 6000 10000 20000 30000

U

wy

[V]

f

[kHz]

60

100

200

300

U

wy

[V]

Wykreślić charakterystyki U

wy

= f(f) przy U

we

= const. (skala logarytmiczna)

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

5

UWAGA:

Kontrolować przebieg oscyloskopowy napięcia wyjściowego. Przebieg ma być

niezniekształcony. Na wspólnym wykresie narysować charakterystyki częstotliwościowe

wzmacniacza dla obydwu wartości R

0

. Określić na nich pasmo przenoszenia

∆f = f

g

- f

d

.

Gdzie: f

d

- dolna częstotliwość graniczna

f

g

- górna częstotliwość graniczna

Napięcie wyjściowe należy przeliczyć na dB i określić 3dB częstotliwości graniczne.

4. Pomiar zniekształceń nieliniowych w funkcji mocy h[%] = f(P

0

)

GENERATOR

V

V

U

wy

U

we

U

Z

we

wy

MIERNIK

ZNIEKSZTAŁCEŃ

NIELINIOWYCH

h [%]

T

3

R

L

U

CC

OSCYLOSKOP

Rys.3. Układ do zdejmowania charakterystyk h = f(P) przy R

0

= 10Ω i 4,7Ω

f = 1 kHz = const.

Częstotliwość generatora ustawić na f = 1 kHz. Regulując napięcie wejściowe U

we

tak, jak przedstawiono w tabeli poniżej, odczytać zniekształcenia wskazywane przez

miernik zniekształceń przy każdym U

we

oraz obliczyć P

0

i P

Z

. Kontrolować przy każdym

pomiarze wskazania oscyloskopowe. Pomiary wykonać przy dwóch wartościach

R

0

.= 10

Ω oraz 4,7 Ω

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

6

Dla R

0

= 10

Ω Tab.3

U

we

[V]

0,1 0,15 0,3 0,5 0,6 0,7 1 1,3

U

wy

[V]

h

[%]

U

Z

[V]

I

Z

[A]

P

Z

[W] I

Z

· U

Z

P

0

[W]

0

2

R

U

wy

Dla R

0

= 4,7

Ω Tab.3a

U

we

[V]

0,1 0,15 0,3 0,5 0,6 0,7 1

U

wy

[V]

h

[%]

U

Z

[V]

I

Z

[A]

P

Z

[W] I

Z

· U

Z

P

0

[W]

0

2

R

U

wy

Gdzie: U

Z

= napięcie zasilania, I

z

= prąd zasilania, P

Z

= moc dostarczona z zasilacza,

P

0

= moc na obciążeniu, R

0

= rezystancja obciążenia.

Moc wydzieloną na obciążeniu R

0

= 10Ω i 4,7Ω obliczyć z zależności

0

2

0

R

Uwy

P

=

.

Moc dostarczaną z zasilacza obliczyć odczytując prąd i napięcie z miernika

umieszczonego w zasilaczu.

UWAGA: poprosić prowadzącego o zademonstrowanie obsługi miernika zniekształceń.

Wykreślić charakterystyki h = f(P

0

) [%] na wspólnym wykresie dla obydwu wartości R

0

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

7

5. Sprawność wzmacniacza w funkcji mocy wydzielanej na obciążeniu

η = f(P

0

)

dla f = 1 kHz

Z

P

P

0

=

η

Tab.4

η = f(P

0

)

przy f =1000 Hz = const. dla R

0

= 10 Ω

P

Z

[W]

P

0

[W]

η

Tab.4a

η = f(P

0

)

przy f =1000 Hz = const. dla R

0

= 4,7 Ω

P

Z

[W]

P

0

[W]

η

gdzie: P

0

- moc wydzielana na obciążeniu

P

Z

- moc dostarczana z zasilacza

Wykreślić charakterystyki

η = f(P

0

) dla f = 1 kHz na wspólnym wykresie dla dwóch

wartości obciążenia R

0

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

8

D) Wyposażenie

Elementy układu:

Tranzystor 2N3055

1szt.

Tranzystor BC140

1szt.

Tranzystor BC560

1szt.

Tranzystor BC550

1szt.

Dioda 1N4007

4szt.

Rezystor 10 kΩ

2szt.

Rezystor 1 kΩ

1szt.

Rezystor 2,2 kΩ

1szt.

Rezystor 10 Ω

1szt.

Rezystor 4,7 Ω

1szt.

Sprzęt pomiarowy:

Cyfrowy miernik uniwersalny

2szt.

Miernik zniekształceń

1szt.

Oscyloskop dwukanałowy

1szt.

Źródła zasilania:

Zasilacz pojedynczy

1szt.

Generator funkcyjny

1szt.

Akcesoria:

Płyta montażowa

1szt.

Komplet przewodów

1szt.

E) Literatura

1. Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne cz. II. Układy analogowe nieliniowe i

impulsowe. WNT, Warszawa 1998

2. Nosal Z., Baranowski J.: Układy elektroniczne cz. I. Układy analogowe nieliniowe. WNT,

Warszawa 1998

3. Wawrzyński W.: Podstawy współczesnej elektroniki. Oficyna wydawnicza PW, Warszawa

2003

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008

9

F) Zagadnienia do przygotowania

1) Klasy wzmacniaczy mocy z interpretacją graficzną.

2) Określenie pasma przenoszenia i częstotliwości granicznych.

3) Schematy i zasada pracy wzmacniaczy mocy:

- oporowy klasy A

- transformatorowy klasy A

- przeciwsobny klasy B

- z tranzystorami komplementarnymi klasy AB

4) Parametry wzmacniaczy mocy.

5) Zniekształcenia we wzmacniaczach mocy.

6) Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza mocy.