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
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.