ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU

ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE

WYDZIAŁ TRANSPORTU

POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 9

WZMACNIACZ MOCY

DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO

WARSZAWA 2011

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

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



= f(P

0

) dla f = 1 kHz

C)

Część pomiarowa

Przedmiotem badań jest układ wzmacniacza mocy klasy AB.

T

2

T

1

T

3

T

4

T

5

R3

D4

D3

D2

D1

R4

R1

R2

C1

C2

R

0

U

CC

U

we

U

wy

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

2N3055

BDX18

100

m

F

BC 140

BC 550

BC 560

10k

2,2k

10k

1k

1

m

F

Rys.1. Schemat ideowy badanego wzmacniacza

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

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



i 4,7



przebieg napięcia wyjściowego obserwowany na oscyloskopie zaczyna być

zniekształcony.

Przy zmianach napięcia wejściowego U

we

należy pamiętać, że f=1kHz=const.

Wy

niki zanotować w tabeli.

Tab.1

Charakterystyka dynamiczna wzmacniacza U

wy

= f(U

we

) przy f =1000 Hz = const./ R

0

= 10



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



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

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

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

Wy

kreślić 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)

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

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

= 10

Ω 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



oraz



Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

6

Dla R

0

= 10



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



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

= 10

Ω 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

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

7

5. S

prawność wzmacniacza w funkcji mocy wydzielanej na obciążeniu



= f(P

0

)

dla f = 1 kHz

Z

P

P

0





Tab.4



= f(P

0

)

przy f =1000 Hz = const. dla R

0

= 10

Ω

P

Z

[W]

P

0

[W]



Tab.4a



= f(P

0

)

przy f =1000 Hz = const. dla R

0

= 4,7

Ω

P

Z

[W]

P

0

[W]



gdzie: P

0

-

moc wydzielana na obciążeniu

P

Z

- moc dostarczana z zasilacza

Wykreślić charakterystyki



= f(P

0

) dla f = 1 kHz

na wspólnym wykresie dla dwóch

wartości obciążenia R

0

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

8

D)

Wyposażenie

Elementy układu:

Tranzystor 2N3055

1szt.

Tranzystor BC140

1szt.

Tranzystor BC560

1szt.

Tranzystor BC550

1szt.

Dioda 1N4007

4szt.

Rezystor 10 k

Ω

2szt.

Rezystor 1 k

Ω

1szt.

Rezystor 2,2 k

Ω

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

Opr

acowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel

Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2011.

9

F) Zagadnienia do przygotowania

1) Klasy wzmacniaczy mocy z inte

rpretacją 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.