MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Agnieszka Ambrożejczyk-Langer
Badanie i pomiary elektronicznych układów analogowych
725[01].O1.04
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
dr inż. Jan Diaczuk
dr Jerzy Gremba
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Danuta Pawełczyk
Konsultacja:
mgr inż. Gabriela Poloczek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 725[01].O1.04
 Badanie i pomiary elektronicznych układów analogowych , zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu monter elektronik.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Elementy bierne w elektronice 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające
13
4.1.3. Ćwiczenia 14
4.1.4. Sprawdzian postępów
15
4.2. Diody półprzewodnikowe i tranzystory 16
4.2.1. Materiał nauczania
16
4.2.2. Pytania sprawdzające
21
4.2.3. Ćwiczenia 21
4.2.4. Sprawdzian postępów
24
4.3. Półprzewodnikowe elementy przełączające i elementy optoelektroniczne 25
4.3.1. Materiał nauczania
25
4.3.2. Pytania sprawdzające
28
4.3.3. Ćwiczenia 28
4.3.4. Sprawdzian postępów
30
4.4. Wzmacniacze 31
4.4.1. Materiał nauczania
31
4.4.2. Pytania sprawdzające
34
4.4.3. Ćwiczenia 34
4.4.4. Sprawdzian postępów
38
4.5. Wzmacniacz operacyjny. Układy ze wzmacniaczem operacyjnym 39
4.5.1. Materiał nauczania
39
4.5.2. Pytania sprawdzające
43
4.5.3. Ćwiczenia 44
4.5.4. Sprawdzian postępów
47
4.6. Generatory 48
4.6.1. Materiał nauczania
48
4.6.2. Pytania sprawdzające
51
4.6.3. Ćwiczenia
52
4.6.4. Sprawdzian postępów
54
4.7. Analogowe urządzenia elektroniczne 55
4.7.1. Materiał nauczania
55
4.7.2. Pytania sprawdzające
62
4.7.3. Ćwiczenia
62
4.7.4. Sprawdzian postępów
64
5. Sprawdzian osiągnięć 65
6. Literatura 70
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten pomoże Ci w przyswajaniu wiedzy z zakresu elektronicznych układów
analogowych, oraz w kształtowaniu umiejętności ich analizy i badania.
W poradniku zamieszczono:
- wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć przed przystąpieniem do nauki w wybranym
przez Ciebie zawodzie,
- wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym poradnikiem,
- materiał nauczania  czyli wiadomości dotyczące elektronicznych układów analogowych,
- zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści,
- ćwiczenia, które umożliwia Ci nabycie umiejętności praktycznych,
- sprawdzian postępów,
- literaturę uzupełniającą.
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące właściwości elementów
elektronicznych, budowy oraz zasady działania wzmacniaczy, generatorów zasilaczy i innych
elektronicznych układów analogowych.
Nauczyciel pomoże Ci w procesie przyswajania wiedzy wskazując te treści, które są
kluczowe dla Twojego zawodu lub stanowią podstawę dalszego kształcenia.
Z rozdziałem Pytania sprawdzające możesz zapoznać się:
- przed przystąpieniem do rozdziału  Materiał nauczania  poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z potrzeb zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści,
odpowiadając na te pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,
- po zapoznaniu się z rozdziałem  Materiał nauczania , aby sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejnym etapem badania obwodów prądu stałego, będzie wykonywanie ćwiczeń,
których celem jest uzupełnienie i utrwalenie informacji z danego zakresu. Wykonując
ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela, poznasz
właściwości elementów elektronicznych, budowę oraz zasadę działania wzmacniaczy,
generatorów zasilaczy innych elektronicznych układów analogowych na podstawie:
- oznaczeń elementów,
- dokumentacji technicznej układów i urządzeń elektronicznych,
- katalogów elementów elektronicznych,
- przeprowadzonych analiz schematów elektronicznych,
- przeprowadzonych pomiarów.
Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdz
poziom swoich postępów rozwiązując test  Sprawdzian
postępów , zamieszczony po ćwiczeniach, odpowiedzi NIE informują o brakach, które
musisz nadrobić. Oznacza to także powrót do treści, które nie są dostatecznie opanowane.
Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości o elektronicznych
układach analogowych będzie stanowiło dla nauczyciela podstawę przeprowadzenia
sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości i ukształtowanych umiejętności. W tym
celu nauczyciel posłuży się zestawem zadań testowych zawierającym różnego rodzaju
zadania. W rozdziale 5. tego poradnika jest zamieszczony  Zestaw zadań testowych , zawiera
on:
- instrukcje, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,
- przykładowa kartę odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach wpisz odpowiedzi
na pytania; będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem zaplanowanym
przez nauczyciela.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
725[01].O1
Pomiary parametrów elementów
i układów elektronicznych
725[01].O1.01
Przygotowanie do bezpiecznej pracy
725[01].O1.02
Badanie i pomiary obwodów prądu stałego
725[01].O1.03
Badanie i pomiary obwodów prądu
przemiennego
725[01].O1.05
725[01].O1.04
Badanie i pomiary elektronicznych
Badanie i pomiary elektronicznych
układów cyfrowych
układów analogowych
725[01].O1.06
Analizowanie działania maszyn i urządzeń
elektrycznych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
 rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne,
 stosować podstawowe jednostki wielkości elektrycznych,
 stosować podstawowe prawa elektrotechniki,
 interpretować podstawowe zjawiska z zakresu elektrotechniki,
 analizować proste układy prądu stałego i przemiennego,
 lokalizować zwarcia i przerwy w prostych układach elektrycznych,
 obliczać i szacować podstawowe wielkości elektryczne w układach prądu stałego
i przemiennego,
 obsługiwać woltomierz, amperomierz, omomierz oraz miernik uniwersalny,
 obsługiwać oscyloskop,
 dobierać metodę pomiaru i przyrządy pomiarowe do pomiarów w układach prądu stałego
i przemiennego,
 rysować prosty układ pomiarowy,
 planować pomiary w obwodach prądu stałego i przemiennego,
 organizować stanowisko pomiarowe,
 łączyć układy elektryczne zgodnie ze schematem,
 dokonywać pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych,
 analizować i interpretować wyniki pomiarów oraz formułować wnioski praktyczne,
 oceniać dokładność pomiarów,
 przedstawiać wyniki w formie tabeli i wykresu,
 demonstrować poprawność wykonywania pomiarów,
 współpracować w grupie,
 korzystać z różnych z
ródeł informacji,
 dokonywać pomiarów w układach elektrycznych w sposób bezpieczny,
 przewidywać zagrożenia dla życia i zdrowia w czasie realizacji ćwiczeń,
 stosować procedurę postępowania w sytuacji zagrożenia w czasie realizacji ćwiczeń.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
 rozpoznać na podstawie symbolu graficznego i wyglądu podstawowe elementy
elektroniczne,
 spolaryzować elementy półprzewodnikowe w celu uzyskania określonych stanów pracy,
 sprawdzić jakość elementów półprzewodnikowych,
 rozróżnić końcówki elementów elektronicznych,
 scharakteryzować podstawowe elementy i układy elektroniczne,
 zdefiniować podstawowe parametry elementów i układów elektronicznych,
 wskazać podstawowe zastosowania elementów i układów elektronicznych,
 zinterpretować podstawowe zjawiska z zakresu elektroniki,
 przeanalizować działanie prostych układów analogowych na podstawie schematów
ideowych,
 rozpoznać na schematach ideowych bloki funkcjonalne: zasilacze, generatory, układy
wzmacniające,
 przeanalizować działanie układów analogowych na podstawie schematów blokowych,
 dobrać przyrządy pomiarowe do pomiaru parametrów elementów elektronicznych
w układach analogowych,
 dokonać pomiaru podstawowych parametrów elementów i układów w układach
analogowych,
 dokonać regulacji w układzie elektronicznym,
 obliczyć i oszacować podstawowe wielkości elektryczne w układach elektronicznych,
 przeanalizować i zinterpretować wyniki pomiarów w analogowych układach
elektronicznych oraz sformułować wnioski praktyczne,
 skorzystać z katalogów układów elektronicznych,
 wykryć proste usterki w układach analogowych,
 przewidzieć zagrożenia dla życia i zdrowia w czasie realizacji ćwiczeń,
 zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Elementy bierne w elektronice
4.1.1. Materiał nauczania
Zalecenia dotyczące przepisów BHP
Szczegółowe przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy dotyczące pracy z urządzeniami
elektrycznymi prądu stałego i zmiennego zostały szczegółowo omówione w jednostkach
modułowych  Przygotowanie do bezpiecznej pracy ,  Badanie i pomiary obwodów prądu
stałego oraz  Badanie i pomiary obwodów prądu przemiennego .
Przed rozpoczęciem pracy z zespołami elektronicznymi należy usunąć ładunki elektryczne
jakie mogą się zgromadzić na ciele lub odzieży. Wykonuje się to przez dotknięci uziemienia
lub przewodu ochronnego.
Aby zachować bezpieczeństwo podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych
i elektronicznych należy zachować następujące podstawowe zasady:
1. wyłączyć napięcie we wszystkich częściach urządzenia, przy którym będą prowadzone
prace,
2. zabezpieczyć wyłączniki przed ponownym załączeniem (np. taśmą samoprzylepną),
wyjąć bezpieczniki, wywiesić informację o zakazie załączania,
3. sprawdzić stan napięcia (do sprawdzenia użyciu dwubiegunowego próbnika napięć),
4. osłonić i oddzielić sąsiadujące elementy znajdujące się pod napięciem (można
zastosować maty i folie izolacyjne).
Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczeń praktycznych polegających na wykonywaniu
pomiarów i obserwacji oscylogramów w układach elektronicznych, poprawność
zmontowanego układu powinien sprawdzić nauczyciel, a następnie powinien udzielić zgody
na włączenie zasilania.
Warystory i termistory
Warystory i termistory to rezystory nieliniowe, czyli takie, których rezystancja nie jest
stała, lecz zmienia się w sposób nieliniowy wraz ze zmianą określonych czynników
zewnętrznych.
Warystor
Rys. 1. Symbol graficzny warystora [2, s. 36]
Warystor jest wykonany z półprzewodnika. Jego rezystancja zależy od przyłożonego
napięcia. Właściwości warystora zależą od materiału oraz technologii wykonania jak również
od jego wymiarów, kształtu.
Produkowane są dwa typy warystorów: walcowe (WN), dyskowe (WD).
Warystory wykorzystywane są do zabezpieczania obwodów elektrycznych przed
przepięciami, ochrony styków, stabilizacji napięcia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
Termistor
Rys. 2. Symbol graficzny termistora [2, s. 37]
Termistor jest również rezystorem nieliniowym, wykonanym z półprzewodnika.
Charakteryzuje się dużym współczynnikiem temperaturowym rezystancji ą, czyli dużą
zmianą rezystancji na skutek wzrostu temperatury.
Produkowane są trzy typy termistorów:
- termistory typu NTC, o ujemnym współczynniku temperaturowym rezystancji ą, których
rezystancja maleje ze wzrostem temperatury,
- termistory typu PTC, o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji ą, których
rezystancja rośnie wraz ze wzrostem temperatury,
- termistory typu CTR, charakteryzujące się tym, że w otoczeniu pewnej temperatury ich
rezystancja gwałtownie maleje.
Termistory stosuje się do pomiaru temperatury, kompensacji jej wpływu w układach
elektronicznych, stabilizacji napięcia itp.
Przekaz
niki
Rys. 3. Budowa i symbol graficzny przekaz
nika [9, s. 22]
Przekaz
nik w układzie elektronicznym pełni rolę zdalnie uruchamianego łącznika.
Podobnie jak stycznik przekaz
nik posiada cewkę, która wzbudzana prądem elektrycznym
wytwarza pole magnetyczne powodujące zamykanie zestyków.
Typowy czas przełączania przekaz
nika (czyli czas liczony od momentu wzbudzenia cewki do
chwili przełączenia zestyków) wynosi od 1 ms do 10 ms. Moc przełączania przekaz
nika
zależy od jego wielkości i wynosi od kilu mW do 1 kW.
Istnieje wiele typów przekaz
ników, których budowa i parametry zależą od przeznaczenia,
najczęściej spotykane to:
- przekaz
niki w wykonaniu tzw. płytowym, przeznaczone do bezpośredniego montażu na
płycie drukowanej obwodu elektronicznego,
- przekaz
niki z zestykami w gazie ochronnym, gdzie w cylindrycznej cewce magnesu
znajdują rurki szklane wypełnione szlachetnym gazem (może istnieć w nich również
próżnia), w który umieszczone są parami zestyki  takie przekaz
niki charakteryzują się
bardzo dużą trwałością,
Rys. 4. Przekaz
nik ze stykami w gazie ochronnym [9,s. 22]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
- przekaz
niki czasowe, stosowane w układach sterowania w celu wprowadzenia opóz
nienia
pomiędzy chwilą włączenia przekaz
nik a zwarciem jego zestyków (lub pomiędzy chwilą
wyłączenia przekaz
nik, a rozwarciem jego zestyków), opóz
nienie realizowane może być
przez obwód elektryczny (np. ładowanie lub rozładowanie kondensatora), bądz
przez
zegar, czas opóz
nienia wynosi zazwyczaj od kilku ms do kilku s, obecnie najczęściej
stosuje się elektroniczne przekaz
niki czasowe zawierające generator impulsów oraz
licznik,
Rys. 5. Przekaz
nik czasowy [9, s. 23]
- przekaz
niki spolaryzowane będące elektromagnetycznie uruchamianym przełącznikiem
o dwóch stanach łączenia; poruszająca się w prawo lub w lewo, w zależności od
wzbudzenia lewego lub prawego uzwojenia zwora, dzięki działaniu stałych magnesów
pozostaje w ostatniej pozycji, nawet po wyłączeniu uzwojeń  przekaz
nik ten stanowi
elektryczną pamięć stanów wysterowania układu,
Rys. 6. Przekaz
nik spolaryzowany z dwoma położeniami łączenia [9,s. 23]
- przekaz
niki skokowe to elektromagnetyczne przełączniki wielopołożeniowe zwane też
impulsowymi, każdy kolejny impuls prądowy powoduje przyciągnięcie zwory i obrót
koła zapadkowego o jedno położenia, a tym samym zmianę wysterowania,  przekaz
niki
te stosowane są jako rozdzielacze skokowe.
Rys. 7. Przekaz
niki skokowe [9,s. 24]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
Podstawowe parametry przekaz
ników to moc i czas przełączania oraz funkcja przełączania,
według której styki przekaz
ników mogą być:
- typu NC  zwierne,
- typu NO  rozwierne,
- typu C  przełączne.
W danych katalogowych przekaz
ników podawane są również:
- rodzaj materiału z jakiego wykonano styki,
- zdolność łączeniowa określająca wartości prądu i napięcia podczas łączenia,
- moc cewki,
- rezystancja styków,
- minimalna obciążalność styków,
- rezystancja izolacji,
- wytrzymałość napięciowa,
- żywotność,
- wymiary geometryczne,
- inne parametry wynikające z przeznaczenia przekaz
nika.
Kontaktron
Rys. 8. Kontaktron [11]
Kontaktron jest łącznikiem elektronicznym hermetycznym sterowany polem
magnetycznym. Składa się z hermetycznej bańki szklanej, w której, w atmosferze gazu
obojętnego lub w próżni, zatopione są styki z materiału ferromagnetcznego. Pod wpływem
odpowiednio ukierunkowanego zewnętrznego pola magnetycznego w stykach indukuje się
własne pole magnetyczne, które powoduje wzajemne przyciąganie (odpychanie), a następnie
zwarcie (rozwarcie) styków.
Dla polepszenia pracy przekaz
ników i uzyskania stabilnej pracy, powierzchnie styków
pokrywa się warstwą metalu szlachetnego: złotem, wolframem, rutenem czy rodem, lub
powłokami mieszanymi (rodzaj materiału pokrywającego zależy od przeznaczenia
i warunków pracy konaktronu).
Kontaktrony wysokonapięciowe najczęściej wykonywane są jako próżniowe.
Pierwsze kontaktrony pojawiły się na rynku w roku 1940 jako rozwinięcie przekaz
ników.
Przy stosowaniu kontaktronów należy zwrócić uwagę na:
- skręcanie lub zaginanie wyprowadzeń, które powodują zmniejszenie jego czułości,
- zaginanie i przeginanie wyprowadzeń, które mogą spowodować pęknięcie lub
wykruszenie rurki szklanej.
Obecnie produkowane są przekaz
niki kontaktronowe, a ich podstawowe parametry podawane
w katalogach elementów elektronicznych to:
- funkcja styków,
- dane styków: maksymalny prąd, maksymalny prąd wyłączenia, maksymalne i minimalne
napięcie, rodzaj materiału z jakiego wykonano styki , rezystancja styków,
- czas załączenia,
- rezystancja izolacji,
- wytrzymałość napięciowa,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
- żywotność,
- wymiary geometryczne.
Polskim producentem kontaktronów jest firma Unitra Dolam.
Głośniki
Rys. 9. Symbol głośnika [1, s. 18]
Głośnik to przetwornik elektroakustyczny, służący do odtwarzania mowy, muzyki itp.,
przetwarzający sygnały elektryczne na fale dz
więkowe. W głośnikach powietrze poruszane
jest przy pomocy membrany (najczęściej wykonanej z papieru). Membrana połączona jest
z walcowatą cewką umieszczoną w polu magnetycznym (tak, że linie sił biegną wzdłuż
promienia cewki) i tak umocowana, żeby mogła się poruszać tylko do przodu i do tyłu, oraz
powracać do położenia środkowego po wyłączeniu napięcia. Natomiast cewka zbudowana
jest z metalowego rdzenia, na który nawinięty jest przewód. Gdy przez przewód płynie prąd
elektryczny powstaje pole elektromagnetyczne, które w zależności od polaryzacji odpycha lub
przyciąga cewkę wraz z membraną umieszczoną z tyłu głośnika.
Głośnik dynamiczny
Rys. 10. Budowa głośnika dynamicznego [12]
Głośnik dynamiczny składa się z obwodu magnetycznego, cewki, membrany, dwóch
resorów i kosza. System magnetyczny zawiera magnes i dwa magnetowody, nabiegunnik
i podbiegunnik, pomiędzy którymi wytwarzane jest silne pole magnetyczne obejmujące
swoim działaniem cewkę. Cewka nawinięta jest na karkasie, który przyklejony jest do
membrany, ta natomiast jest zawieszona na dwóch resorach. Resor dolny (zawieszenie dolne)
ustala położenie cewki w szczelinie a resor górny (zawieszenie górne) tworzy punkt
podparcia dla membrany. Oba resory umożliwiają swobodne poruszanie się membrany
w pozycji pionowej i przymocowane są do kosza stanowiącego element nośny głośnika. Prąd
przepływający przez cewkę wytwarza pole magnetyczne, które w wyniku oddziaływania
z polem magnetycznym magnesu powoduje ruch cewki wraz z membraną. Membrana
wprawiając w ruch cząstki powietrza wytwarza dz
więk.
Podstawowe parametry głośników podawane w katalogach elementów elektronicznych to:
- pasmo przenoszenia [Hz],
- czułość [dB],
- impedancja [&!],
- moc maksymalna [W],
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
- wymiary geometryczne.
Obecnie produkuje się zestawy głośnikowe (kolumny), które w jednej obudowie posiadają
od dwóch do kilkunastu głośników. Podłączone są one do zwrotnicy, czyli układu
wydzielającego sygnały o określonych częstotliwościach, które następnie kierowane są do
wejść odpowiednich głośników. Wyjścia głośnikowe urządzeń audio mają oznaczone
gniazda: sygnałowe i masy, wejścia głośników również są oznaczone (początek i koniec
cewki). Ważne jest, aby głośniki w danym zestawie pracowały w fazie czyli były połączone
w taki sam sposób ze zwrotnicą, natomiast wyjścia kolumna z odpowiednimi wyjściami
urządzenia audio.
Mikrofony
Rys. 11. Symbol mikrofonu [1, s. 104]
Mikrofon to urządzenie, które przekształca fale dz
więkowe na sygnał elektryczny (do
zapisu lub do wzmocnienia). Napięcie tego sygnału zależy od ciśnienia fali dz
więkowej, czyli
od tego jak głośny jest dany dz
więk. Częstotliwość zmian napięcia waha się w zależności
od wysokości dz
więku. Istnieje wiele rodzajów mikrofonów między innymi: mikrofony
pojemnościowe, elektromagnetyczne, magnetoelektryczne.
Mikrofon pojemnościowy
a) b)
Rys. 13. Mikrofon pojemnościowy a) budowa, b) zasada działania [12]
Jeżeli do mikrofonu nie dochodzi żaden dz
więk mimo, że bateria zasila membranę i stałą
elektrodę, przez rezystor nie przepływają elektrony i przewody nie są pod napięciem. Jeśli
fala akustyczna naciska na membranę elektrody mogą zgromadzić większy ładunek.
Elektrony przepływają wówczas ze stałej elektrody do membrany. Przepływ elektronów przez
rezystor wytwarza na jego końcach napięcie dlatego też przez przewody wyjściowe może
płynąć prąd. Jeśli natomiast pod wpływem fali akustycznej membrana cofa się elektrody
mogą zgromadzić znacznie mniejszy ładunek. Elektrony odpływają z membrany  prąd płynie
z membrany.
Mikrofony stykowe rozpowszechniły się przede wszystkim dzięki dużej skuteczności,
prostocie konstrukcji, trwałości oraz niskiej cenie. Do niedawna były powszechnie stosowane
w telefonii mimo, że ich zakres przetwarzania jest wąski, a zniekształcenia raczej duże
w porównaniu z innymi mikrofonami.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
Mikrofon stykowy działa na bazie przetwornika stykowego, w którym przetwarzanie
energii mechanicznej na elektryczną następuje w wyniku zmiany rezystancji części
elektrycznej pod wpływem ruchu części mechanicznej.
Pierwszymi mikrofonami stykowymi były mikrofony węglowe, nowsze typy to
mikrofony magnetyczne.
W mikrofonach magnetycznych wykorzystywane jest zjawisko wzbudzenia się siły
elektromotorycznej w przewodzie poruszającym się w stałym polu magnetycznym
(mikrofony magnetoelektryczne cewkowe i wstęgowe), lub w przewodzie nieruchomym
obejmującym zmienny strumień magnetyczny (mikrofony elektromagnetyczne).
Mikrofon dynamiczny (magnetoelektryczny)
Rys. 13. Budowa mikrofonu dynamicznego [12]
Wewnątrz mikrofonu dynamicznego (magnetoelektrycznego), pomiędzy biegunami
magnesu stałego, znajduje się cewka przymocowana do membrany. Fale dz
więkowe,
wprawiając membranę w drgania, powodują poruszanie się cewki w polu magnesu i indukują
w niej prąd.
Podstawowe parametry mikrofonów podawane w katalogach elementów elektronicznych to:
- napięcie zasilające,
- pasmo częstotliwości,
- czułość,
- impedancja,
- zasięg mikrofonu,
- rodzaj złącza,
- wymiary geometryczne,
- długość przewodu mikrofonu (przy mikrofonach przewodowych),
- żywotność baterii (przy mikrofonach bezprzewodowych).
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Pod wpływem jakiej wielkości fizycznej zmienia się rezystancja warystora?
2. Pod wpływem jakiej wielkości fizycznej zmienia się rezystancja termistora?
3. Jakie znasz typy termistorów?
4. Jaką rolę w układzie elektronicznym pełni przekaz
nik?
5. Na podstawie jakich parametrów dobiera się przekaz
niki?
6. Jak zbudowany jest kontaktron?
7. W jaki sposób działa głośnik dynamiczny?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
8. Jaka jest różnica w budowie i zasadzie działania pomiędzy mikrofonem
pojemnościowym, a magnetycznym?
9. Na podstawie jakich parametrów dobiera się mikrofony?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Określ, na podstawie tabliczki znamionowej oraz katalogu elementów elektronicznych
parametry otrzymanego przekaz
nika. Omów przykładowe zastosowanie tego typu
przekaz
nika.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin otrzymanego przekaz
nika,
2) wybrać odpowiedni katalog elementów elektronicznych,
3) odszukać w katalogu kartę przekaz
nika,
4) zapoznać się z parametrami elementu, a następnie je i zapisać,
5) omówić przykładowe zastosowanie tego typu przekaz
nika.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 przekaz
nik,
 katalogi elementów elektronicznych,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Zidentyfikuj typ zastosowanego w urządzeniu mikrofonu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z otrzymaną dokumentacją techniczną,
2) odnalez
ć symbol mikrofonu na schemacie ideowym,
3) odnalez
ć w dokumentacji technicznej oraz określić typ mikrofonu,
4) odszukać w katalogu elementów elektronicznych kartę danego typu mikrofonu i odczytać
jego pozostałe parametry,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 dokumentacja dowolnego urządzenia zawierającego mikrofonu,
 katalogi elementów elektronicznych,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Wymień uszkodzony głośnik w kolumnie mikrowieży.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z otrzymaną dokumentacją techniczną,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
2) wymontować uszkodzony głośnik,
3) zamontować w obudowie kolumny sprawny głośnik,
4) podłączyć wejście głośnika do wyjścia z zwrotnicy,
5) podłączyć wejścia kolumny głośnikowej do odpowiednich wyjść mikrowieży
stereofonicznej,
6) sprawdzić poprawność połączeń,
7) uruchomić urządzenie,
8) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 dokumentacja techniczna mikrowieży stereofonicznej,
 mikrowieża stereofoniczna,
 głośnik,
 kolumna głośnikowa,
 lutownica,
 tinol,
 komplet wkrętaków,
 komplet szczypiec,
 katalogi elementów elektronicznych.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) rozpoznać typ termistora, na podstawie opisu jego działania?
2) wyjaśnić znaczenie podstawowych parametrów przekaz
ników?
3) scharakteryzować podstawowe typy przekaz
ników?
4) dobrać na podstawie katalogu określony typ przekaz
nika?
5) zamontować przekaz
nik w układzie elektronicznym?
6) opisać budowę i zasadę działania kontaktronu?
7) rozpoznać na schemacie elektrycznym symbol graficzny głośnika?
8) scharakteryzować podstawowe parametry głośnika?
9) wyjaśnić określenie fazowej pracy głośników w zestawie?
10) podłączyć głośnik w urządzeniu elektronicznym?
11) rozpoznać na schemacie elektrycznym symbol graficzny mikrofonu?
12) podłączyć mikrofon w urządzeniu elektronicznym?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
4.2. Diody półprzewodnikowe i tranzystory
4.2.1. Materiał nauczania
Złącze półprzewodnik-półprzewodnik
Większość elementów półprzewodnikowych zawiera różnego rodzaju złącza, czyli
atomowo ścisłe związki kryształów ciała stałego. Najczęściej są to z łącza półprzewodnik
półprzewodnik (PN), lub metal półprzewodnik.
Złącze półprzewodnik półprzewodnik (PN) stanowi warstwę przejściową pomiędzy
obszarem półprzewodnika typu P a obszarem półprzewodnika typu N. Dziury w obszarze
P i elektrony w obszarze N stanowią nośniki większościowe. Zetknięcie obu obszarów
spowoduje przemieszczenie tych nośników (ponieważ w pobliżu powierzchni zetknięcia
istnieje różnica koncentracji nośników) zwane dyfuzją. Dziury dyfundują do obszaru N
natomiast elektrony dyfundują do obszaru P, stanowiąc tam nadmiarowe ładunki
mniejszościowe.
W obszarach przyzłączowych powstaje warstwa ładunków mniejszościowych, które
wdyfundowały z przeciwnego półprzewodnika. Warstwa ta nazywana jest obszarem ładunku
przestrzennego lub warstwą zaporową. Nie zawiera ona praktyczne ładunków
większościowych, a jej wielkość zależy od koncentracji domieszek połączonych obszarów.
Rys. 14. Złącze PN [2, s. 44]
Polaryzacja złącza PN
Polaryzacja złącza PN, czyli doprowadzenia do niego z zewnątrz napięcia elektrycznego
powoduje zakłócenia jego równowagi elektrycznej. Rozróżniamy dwa sposoby polaryzacji złącza
PN:
- polaryzację w kierunku zaporowym, zwaną też wsteczną,
- polaryzację w kierunku przewodzenia.
Polaryzacja złącza PN w kierunku zaporowym i w kierunku przewodzenia
a) b)
Rys. 15. Polaryzacja złącza PN a) w kierunku zaporowym [2, s. 49], b) w kierunku przewodzenia [2, s. 47]
Przy polaryzacji wstecznej złącza PN biegun dodatni z
ródła dołączony jest do obszaru
typu N, natomiast biegun ujemny do obszaru typu P. Następuje dalszy odpływ swobodnych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
nośników z obszarów otaczających warstwę zaporową, w efekcie czego zwiększa się jej
szerokość. Uniemożliwia to przepływ prądu przez złącze.
Przy polaryzacji złącza PN w kierunku przewodzenia, biegun dodatni z
ródła dołączony
jest do obszaru typu P, natomiast biegun ujemny do obszaru typu N. Następuje wówczas
dyfuzja większościowych nośników z półprzewodnika jednego typu do półprzewodnika
drugiego typu, w efekcie czego zmniejsza się szerokość warstwy zaporowej, a przez złącze
przepływa prąd. Budowa wielu aktywnych elementów elektronicznych oparta jest na jednym
lub kilku złączach PN.
Diody półprzewodnikowe
Złącze PN stanowi podstawę diod półprzewodnikowych. Element ten posiada dwie
elektrody anodę odpowiadającą obszarowi P i katodę odpowiadającą obszarowi N. Ze
względu na budowę diody dzieli się na: ostrzowe i warstwowe. Ze względu na zasadę
działania i przeznaczenia rozróżnia się wiele rodzajów diod: prostownicze, stabilizacyjne,
impulsowe, pojemnościowe, uniwersalne, fotodiody, diody LED i inne.
Dioda prostownicza
a) b)
Rys. 16. a) Symbol diody prostowniczej,
b) Charakterystyka prądowo napięciowa diody prostowniczej [2, s. 54]
W układach elektronicznych dioda prostownicza wykorzystywana jest przede wszystkim
do przekształcania prądu zmiennego w jednokierunkowy prąd pulsujący. Przewodzi ona prąd
w jednym kierunku. Jeżeli do anody podłączony jest potencjał dodatni, a do katody potencjał
ujemny to jest to polaryzacja w kierunku przewodzenia. Jeśli na diodzie pojawi się spadek
napięcia zwany napięciem progowym, (którego wartość zależy od materiału z jakiego została
wykonana dioda i tak dla diod krzemowych jest to wartość około 0,7 V, dla germanowych
około 0,3 V) to przez diodę popłynie prąd (od anody do katody). Spadek napięcia na diodzie
niewiele zmienia się pomimo dużych zmian wartości przepływającego przez nią prądu,
w katalogach podawane są typowe wartości tego spadku napięcia. Przy polaryzacji odwrotnej
zwanej polaryzacją w kierunku zaporowym (wówczas do anody podłączony jest potencjał
ujemny, a do katody dodatni), przez diodę płynie bardzo mały prąd w kierunku zaporowym
(od katody do anody), w wielu przypadkach analizy działania układów elektronicznych
możemy go pominąć. W kierunku zaporowym do diody można przyłożyć tylko określona
napięcia zwane maksymalnym napięciem wstecznym, podane w danych katalogowych.
Przekroczenie tej wartości spowoduje krótkotrwały przepływ prądu przez diodę w kierunku
zaporowym, powodujący zniszczenie jej struktury wewnętrznej.
a) b)
Rys. 17. a) polaryzacja diody prostowniczej w kierunku przewodzenia,
b) polaryzacja diody prostowniczej w kierunku zaporowym
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
Jednym z podstawowych parametrów diody prostowniczej jest charakterystyka prądowo
napięciowa. Opisuje ona działanie diody, zaznaczone są na niej również najważniejsze
parametry jak np. napięcie progowe. Pierwsza ćwiartka układu współrzędnych tej
charakterystyki (rys. 17), opisuje działanie diody przy polaryzacji w kierunku przewodzenia,
natomiast trzecia ćwiartka układu współrzędnych (rys. 17), opisuje działanie diody przy
polaryzacji w kierunku zaporowym.
Podstawowe parametry diody podawane w katalogach elementów elektronicznych:
- wartości graniczne napięcia w kierunku zaporowym VRRM i prądu przy tym napięciu IR,
- wartości graniczne prądu w kierunku przewodzenia IF,
- wartości typowe napięcia i prądu w kierunku przewodzenia VF, IF,
- maksymalne straty mocy Ptot,
- wymiary geometryczne.
Diody prostownicze stosuje się najczęściej w układach prostowniczych urządzeń zasilających.
Dioda stabilizacyjna (dioda Zenera)
a) b)
Rys. 18. Dioda stabilizacyjna a) symbol [2, s. 53], b) charakterystyka prądowo napięciowa [2, s. 59]
Wykorzystuje się jej właściwości przy polaryzacji w kierunku zaporowym. Przy
polaryzacji w kierunku przewodzenia (do anody podłączony jest potencjał dodatni, a do
katody potencjał ujemny), dioda Zenera działa jak dioda prostownicza. Natomiast przy
polaryzacji w kierunku zaporowym (do anody podłączony jest potencjał ujemny, a do katody
dodatni), póki przyłożone napięcie nie osiągnie wartości zwanej napięciem Zenera, przez
diodę stabilizacyjną płynie bardzo mały prąd w kierunku zaporowym (od katody do anody).
Jeśli spadek napięcia w kierunku zaporowym osiągnie wspomnianą wartość napięcia Zenera
następuje zjawisko przebicia Zenera lub tunelowe, polegające na szybkim wzroście wartości
prądu przy prawie niezmienionej wartości spadku napięcia. Zjawisko to jest w pełni
odwracalne i możliwe dzięki silnemu domieszkowaniu półprzewodnika z jakiego jest
wykonana diodę Zenera.
Podobnie jak dla diody prostowniczej jednym z podstawowych parametrów diody Zenera
jest charakterystyka prądowo napięciowa. Pierwsza ćwiartka układu współrzędnych tej
charakterystyki jest taka sama jak dla diody prostowniczej, opisuje działanie diody przy
polaryzacji w kierunku przewodzenia, natomiast trzecia ćwiartka układu współrzędnych
(rys. 19), opisuje działanie diody Zenera przy polaryzacji w kierunku zaporowym.
Podstawowe parametry diody Zenera podawane w katalogach elementów elektronicznych:
- maksymalne straty mocy Ptot,
- wartości napięcia Zenera UZ przy prądzie IZ (zjawiska Zenera, lub zjawiska tunelowego),
- rezystancja rz przy prądzie IZ,
- wymiary geometryczne.
Diody stabilizacyjne stosuje się w układach stabilizacji napięć, w ogranicznikach amplitudy,
w układach z
ródeł napięć odniesienia itp.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
Diody stabilizacyjne i prostownicze ze względu na maksymalne straty mocy dzielimy na:
- małej mocy Ptot < 1 W,
- średniej mocy 1 W d" Ptot d" 10 W,
- dużej mocy Ptot e" 10 W.
Wartość maksymalnych strat mocy Ptot ma związek z dopuszczalną temperaturą złącza,
a to determinuje rodzaj obudowy stosowanej dla diody.
Diody impulsowe przeznaczone są do przełączania napięć i prądów oraz formowania
impulsów elektrycznych.
Diody pojemnościowe (warikapy, waraktory) zmieniają pojemność pod wpływem
przyłożonego napięcia w kierunku zaporowym. Stosuje się je w układach automatycznego
dostrajania, powielania i modulacji częstotliwości, w modulatorach amplitudy.
a) b)
Rys. 19. Symbol graficzny diody a) pojemnościowej, [2, s. 53] b) LED [2, s. 450]
Diody LED
Diody LED charakteryzuje się zastosowaniem w obszarze złącza PN specjalnego
materiału o budowie krystalicznej zdolnego do emisji fotonów. Emitują one promieniowanie
widzialne pod wpływem przepływu przez nie prądu w kierunku przewodzenia. Diodę LED
zasila się napięciem w kierunku przewodzenia, łącząc szeregowo z nią rezystor ograniczający
prąd.
Diody LED wykorzystuje się zasadniczo jako samodzielne elementy sygnalizujące,
buduje się z nich również wyświetlacze.
Tranzystory
Obecnie produkowane jest wiele typów tranzystorów przeznaczonych do różnych
zastosowań. Mogą one występować jako elementy dyskretne, najczęściej jednak stanowią
podstawowy element układów scalonych.
Tranzystor bipolarny
Tranzystor bipolarny przeznaczony jest do pracy jako wzmacniacz sterowany prądowo.
Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika stanowiących kombinację dwóch złącz PN. Ze
wzglądu na budowę rozróżniamy tranzystory bipolarne typu PNP i NPN. Tranzystor bipolarny
można przedstawić jako dwie diody przewodzące prąd w kierunku bazy (PNP), albo w kierunku
od bazy (NPN).
Rys. 20. Struktura, schemat zastępczy i symbol tranzystora a) PNP, b) NPN [2, s. 62]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
Struktura półprzewodnikowa tranzystora umieszczona jest w hermetycznie zamkniętej
obudowie chroniącej przed uszkodzeniami mechanicznymi, ale również spełniającej inne
funkcje np. w tranzystorach średniej i dużej mocy umożliwia odprowadzanie ciepła.
Poszczególne obszary półprzewodnika stykają się z trzema elektrodami E  emiterem,
B  bazą, C  kolektorem. Baza jest elektrodą sterująca. Zazwyczaj tranzystor pracuje jako
wzmacniacz prądowy. Mały prąd wpływający do bazy umożliwia przepływ większego prądu
pomiędzy kolektorem a emiterem. Jest to tak zwany stan aktywny pracy tranzystora.
Tranzystor bipolarny może również pracować w stanie nieprzewodzenia zwanego też
odcięciem. Wówczas prąd płynący między kolektorem a emiterem jest bardzo mały,
a napięcie pomiędzy kolektorem a emiterem jest maksymalne.
Stan nasycenia tranzystora bipolarnego charakteryzuje się przepływem dużego prądu
kolektora, przy minimalnym napięciu pomiędzy kolektorem a emiterem.
Podstawowe parametry tranzystorów bipolarnych podawane w katalogach:
- typ (PNP lub NPN),
- wartości graniczne napięcia między kolektorem a emiterem UCEO,
- wartości graniczne prądu kolektora IC,
- dopuszczalne straty mocy PCmax,
- typowe wartości częstotliwość pracy fr,
- typowe wartości współczynnika hFE.
Tranzystor unipolarny (polowy)
a) b)
Rys. 21. Symbol graficzny tranzystora unipolarnego JFET: a) z kanałem typu N, b) z kanałem typu P [2, s. 82]
Tranzystor unipolarny posiada trzy elektrody bramkę (oznaczoną symbolem G), dren
(oznaczony symbolem D) i z
ródło (oznaczony symbolem S).
Najczęściej spotykane obecnie tranzystory polowe to: złączowe JFET i z izolowaną bramką
MOSFET.
Zaletą tranzystorów JFET ujemny współczynnik temperaturowy, natomiast tranzystory
MOSFET to obecnie najlepsze przełączniki mocy ze względu na dobre czasy przełączania
i obciążalność mocową.
Tranzystory polowe występują w dwóch rodzajach jako:
- zubożone, które przewodzą prąd jeśli na bramce jest napięcie zerowe,
- wzbogacone, które nie przewodzą prądu póki do bramki nie zostanie przyłożone
odpowiednie napięcie.
Podstawowe parametry tranzystorów polowych podawane w katalogach elementów
elektronicznych to:
- maksymalna moc strat Ptot,
- wartości graniczne prądu drenu ID,
- wartości graniczne napięcia dren z
ródło VDS,
- wartości typowe napięcia bramka z
ródło VGS,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak zbudowane jest złącze PN?
2. W jaki sposób polaryzuje się złącze PN w kierunku zaporowym?
3. W jaki sposób polaryzuje się złącze PN w kierunku przewodzenia?
4. Jak zbudowana jest dioda prostownicza?
5. Jaka jest zasada działania diody prostowniczej?
6. Przy jakiej polaryzacji wykorzystuje się właściwości stabilizacyjne diody Zenera?
7. Jak zbudowany jest tranzystor bipolarny?
8. Na jakiej zasadzie działa tranzystor bipolarny?
9. Jakie rozróżniamy typy tranzystorów unipolarnych?
10. Na jakiej zasadzie działa tranzystor unipolarny?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie diody prostowniczej.
a) b)
Rysunek do ćwiczenia 1
Tabela wyników pomiarów dla schematu a)
U [V] 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,5 2 3 5 7 9 10
UF [V]
I [mA]
Tabela wyników pomiarów dla schematu b)
U [V] 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,5 2 3 5 7 9 10
UR [V]
I [mA]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) zapisać oznaczenia wybranych przyrządów,
3) wybrać tryby pracy mierników,
4) połączyć układ pomiarowy a),
5) wykonać pomiary napięć i prądu w układzie, zmieniając wartość napięcia wejściowego,
zgodnie z tabelą wyników pomiarów,
6) połączyć układ pomiarowy b),
7) wykonać pomiary napięć i prądu w układzie,
8) zapisać wyniki w tabeli,
9) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
10) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 dioda prostownicza krzemowa,
 rezystory R = 220 &!, R = 1 k&!,
 dwa mierniku uniwersalne,
 zasilacz o napięciu wyjściowym regulowanym od 0 V do 10 V,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Badanie diody Zenera.
a) b)
Rysunek do ćwiczenia 2
Tabela wyników pomiarów dla schematu a)
U [V] 0 1 2 3 4 4,5 5 5,5 6 7 8 9 10
UZ [V]
I [mA]
Tabela wyników pomiarów dla schematu b)
U [V] 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,5 2 3 5 7 9 10
UD [V]
I [mA]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) zapisać oznaczenia wybranych przyrządów,
3) wybrać tryby pracy mierników,
4) połączyć układ pomiarowy a),
5) wykonać pomiary napięć i prądu w układzie zmieniając wartość napięcia wejściowego
zgodnie z tabelą wyników pomiarów,
6) połączyć układ pomiarowy b),
7) wykonać pomiary napięć i prądu w układzie,
8) zapisać wyniki w tabeli,
9) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
10) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 dioda Zenera ZPD 4,7 V,
 rezystor R = 150 &!,
 dwa mierniku uniwersalne,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
 zasilacz o napięciu wyjściowym regulowanym od 0 V do 15 V,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Badanie parametrów wyjściowych tranzystora bipolarnego.
Rysunek do ćwiczenia 3
Tabela wyników pomiarów dla RB = 44k&!
UCE [V] 0 1 2 3 4 4,5 5 5,5 6 7 8 9 10
IC [mA]
IB [mA]
Tabela wyników pomiarów dla RB = 10k&!
UCE [V] 0 1 2 3 4 4,5 5 5,5 6 7 8 9 10
IC [mA]
IB [mA]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) zapisać oznaczenia wybranych przyrządów,
3) wybrać tryby pracy mierników,
4) połączyć układ pomiarowy,
5) wykonać pomiary prądów IB i IC w układzie zmieniając wartość napięcia UCE zgodnie
z tabelą wyników pomiarów dla wartości rezystora RB = 44 k&!, pomiary należy
przerwać, gdy prąd kolektora IC osiągnie wartość 100 mA,
6) powtórzyć pomiary dla RB = 10 k&!, przerywając je, gdy IC osiągnie wartość 100 mA,
7) zapisać wyniki pomiarów dla obu przypadków w tabeli,
8) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
9) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystor bipolarny BC 140,
 rezystory: 44 k&! i 10 k&!,
 rezystor RC = 100 &!,
 trzy mierniku uniwersalne,
 zasilacz o napięciu stabilizowanym +5 V,
 zasilacz o napięciu wyjściowym regulowanym od 0 V do +15 V,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
Ćwiczenie 4
Określanie parametrów tranzystora unipolarnego na podstawie katalogu elementów
elektronicznych, rozpoznawanie jego końcówek.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin otrzymanego tranzystora polowego,
2) wybrać odpowiedni katalog elementów elektronicznych,
3) wyszukać w katalogu kartę danego typu tranzystora polowego,
4) zapoznać się z parametrami elementu, a następnie je zapisać,
5) zidentyfikować końcówki tranzystora,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystor unipolarny,
 katalogi elementów elektronicznych,
 materiały i przybory do pisania.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) narysować symbole poznanych diod półprzewodnikowych?
2) spolaryzować diodę prostowniczą w kierunku przewodzenia?
3) spolaryzować diodę Zenera tak, by stabilizowała napięcie?
4) dobrać na podstawie katalogu, do określonych potrzeb, odpowiedni typ
diody półprzewodnikowej?
5) zdefiniować podstawowe parametry diod półprzewodnikowych?
6) określić doświadczalnie napięcie progowe diody półprzewodnikowej?
7) określić doświadczalnie napięcie Zenera diody stabilizacyjnej?
8) rozpoznać symbol tranzystora bipolarnego na schemacie ideowym
dowolnego układu elektronicznego?
9) zdefiniować podstawowe parametry tranzystora bipolarnego?
10) dobrać na podstawie katalogu, do określonych potrzeb odpowiedni typ
tranzystora bipolarnego?
11) sklasyfikować tranzystory polowe?
12) rozpoznać symbol i typ tranzystora unipolarnego na schemacie ideowym
dowolnego układu elektronicznego?
13) scharakteryzować podstawowe parametry tranzystora polowego?
14) zidentyfikować końcówki tranzystora bipolarnego i unipolarnego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
4.3. Półprzewodnikowe elementy przełączające i elementy
optoelektroniczne
4.3.1. Materiał nauczania
Półprzewodnikowe elementy przełączające
Wspólną cechą półprzewodnikowych elementów przełączających jest to, że mogą
przechodzić skokowo pomiędzy dwoma stanami:
- przewodzenia, wówczas płyną przez nie duże prądy przy małym spadku napięcia
(ok. 1 V),
- nieprzewodzenia, wówczas płynie przez nie mały prąd, a spadek napięcia jest na nich
duży.
Tyrystor
Rys. 22. Tyrystor: a) symbol, b) struktura [2, s. 75]
Tyrystor zwany jest też krzemową diodą sterowaną. Składa się z czterech warstw
półprzewodnika PNPN, z których trzy podłączone są do trzech elektrod: anody  A,
katody  K i elektrody sterującej bramki  G. Tyrystor zacznie przewodzić, czyli następuje
jego zapłon, wówczas, gdy dołączymy do jego bramki napięcie dodatnie względem katody
i spowodujemy przepływ prądu sterującego (bramki) IGT i będzie się znajdował w tym stanie,
nawet po wyłączeniu prądu sterującego.
Wyłączenie tyrystora, czyli przejście do stanu blokowania (nieprzewodzenia), może odbywać
się poprzez:
- zmniejszenie prądu anodowego, poniżej podanej w katalogu wartości prądu
podtrzymania IH,
- przerwanie obwodu anodowego.
Podstawowe parametry tyrystorów podawane w katalogach elementów elektronicznych to:
- wartość graniczna powtarzalnego, szczytowego napięcia blokowania UDRM,
- wartość graniczna prądu przewodzenia IT,
- typowe wartości prądu sterującego IGT,
- typowe wartości napięcia sterującego UGT.
Tyrystory są powszechnie stosowane w układach energoelektronicznych, między innymi
w prostownikach sterowanych.
Triak
Triak zwany jest też tyrystorem symetrycznym. Posiada trzy elektrody: anodę oznaczoną
symbolem A, katodą oznaczoną symbolem K i bramkę oznaczoną symbolem G, można
go traktować jako dwa równoległe i przeciwnie skierowane tyrystory, zmontowane w jednej
obudowie ze wspólną bramka. Triaki mogą być załączane zarówno napięciem dodatnim jak
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
i ujemnym, zatem przewodzą prąd w obu kierunkach. Triaki mogą zastępować w układach
elektrycznych tyrystory upraszczając w ten sposób strukturę układów sterujacych.
Podstawowe parametry triaków podawane w katalogach elementów elektronicznych to:
- wartość graniczna powtarzalnego, szczytowego napięcia blokowania UDRM,
- wartość graniczna prądu przewodzenia IT,
- typowe wartości prądu sterującego IGT,
- typowe wartości napięcia sterującego UGT.
a) b)
Rys. 23. Symbol: a) diaka, b) triaka [2, s. 79]
Diak
Diak zwany jest też diodą spustową, przewodzi prąd w dwóch kierunkach. Jest to triak
bez wyprowadzonej bramki. Kiedy podane na niego napięcie przekroczy wartość graniczną,
zaczyna przewodzić, do czasu kiedy prąd stanie się dostatecznie mały. Działanie diaka jest
podobne do działania diody przełączającej z tą różnicą, że napięcie po przełączeniu zmniejsza
się o stosunkowo niewielką wartość, nie zbliżając się do zera. Diaki przewodzą prąd w dwóch
kierunkach i stosowane są do sterowania triakami.
Elementy optoelektroniczne
Działanie elementów optoelektronicznych związane jest ze światłem. Do tej grupy należą
diody LED emitujące światło oraz elementy, których właściwości elektryczne zmieniają się
pod wpływem oświetlenia, takie jak: fotoelementy, fotorezystory, fotodiody i fototranzystory.
Ttransoptory będące połączeniem nadajnika światła (diody LED) i fotoelementu również
zaliczamy do grupy elementów optoelektronicznych. Wspólnym parametrem fotoelementów
jest kąt detekcji, czyli kąt pod jakim padające promienie światłą oddziałują na nie.
Fotorezystor
Fotorezystor zmienia swoją rezystancję w zależności od natężenia światła. Przy
określonych dużych natężeniach oświetlenia jego rezystancja dąży do pewnej wartości
minimalnej zwanej rezystancją jasną, natomiast przy minimalnym natężeniu oświetlenia do
rezystancji ciemnej. Rezystancja jasna może być nawet około 106 razy mniejsza od
rezystancji ciemnej. Produkowane są typy fotorezystorów czułe na określone długości fal
świetlnych np. na podczerwień. Zaletą fotorezystorów jest bardzo duża czułość, natomiast ich
wadą jest długi czas reakcji. Ze względu na obciążalność dochodzącą nawet do kilku watów
umożliwiają one nawet bez dodatkowego wzmocnienia np. bezpośrednie sterowanie
przekaz
ników.
a) b) c)
Rys. 24. Symbole elementów optoelektronicznych:
a) fotorezystora [11], b) fotodiody [2, s. 450], c) fototranzystora [11]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
Fotodioda
Fotodioda jest w zasadzie zwykłą diodą spolaryzowaną w kierunku zaporowym, w której
przy oświetleniu wzrasta prąd przepływu. W porównaniu z fototranzystorem ma znacznie
krótszy czas reakcji, zatem mogą pracować przy dużych częstotliwościach wynoszących
około 10 MHz.
Ze względu na mały prąd fotoelektryczny, fotodiody wymagają zazwyczaj współpracy ze
wzmacniaczami.
Podstawowe parametry fotodiody podawane w katalogach elementów elektronicznych to:
- maksymalne napięcie w kierunku zaporowym UR,
- czułość,
- częstotliwość graniczna,
- kąt detekcji,
- prąd ciemny.
Fototranzystor
Fototranzystor jest tranzystorem, którego złącze kolektor  baza wykonane jest jako
fotodioda, jego oświetlenie powoduje przepływ prądu bazy, a tym samym wzmocnienie prądu
kolektora.
W celu uzyskania dużego wzmocnienia prądowego stosuje się fotoranzystory w układzie
Darlingtona. Fototranzystory są wolniejsze niż fotodiody.
Podstawowe parametry fototranzystorów podawane w katalogach elementów elektronicznych
to:
- maksymalna wartość napięcia kolektor  emiter VCE,
- wartość prądu świecenia,
- maksymalna wartość prądu kolektora IC,
- kąt detekcji.
Transoptor
Transoptor składa się z nadajnika światła np. diody LED i detektora światła np. fotodiody
lub fototranzystora. Wysterowana prądem wejściowym dioda świecąca transoptora emituje
światło, które oddziałuje na fotoelement przetwarzając je na prąd wyjściowy transoptora. Przy
pomocy transoptora można przekazywać sygnały pomiędzy obwodami odizolowanymi
galwanicznie. Stosowane są zazwyczaj w zasilaczach z przetwarzaniem częstotliwości,
do przesyłania sygnałów analogowych, w pętlach prądowych do przesyłania sygnałów
cyfrowych.
Rys. 25. Układy transoptora [2, s. 456]
Podstawowe parametry transoptorów (w zależności od wykonania) podawane w katalogach
elementów elektronicznych to:
- wytrzymałość izolacji,
- współczynnik sprzężenia,
- wartość prądu diody (LED),
- wartość napięcia kolektor  emiter.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest wspólna cecha elektronicznych elementów przełączających?
2. Jak zbudowany jest tyrystor?
3. W jaki sposób steruje się tyrystorem?
4. Jaka jest różnica w zasadzie działania pomiędzy tyrystorem a triakiem?
5. Jakie wyprowadzenia posiada diak?
6. Jaka jest zasada działania diaka?
7. Jaka jest wspólna cecha elementów optoelektronicznych?
8. Jak działa fotorezystor?
9. Na jakim zjawisku opiera się działania fotodiody?
10. Jakie złącze fototranzystora należy oświetlić, aby on zadziałał?
11. Do czego służy transoptor?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie tyrystora.
Rysunek do ćwiczenia 1
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wybrać odpowiedni katalog elementów elektronicznych,
2) wyszukać w katalogu kartę danego typu tyrystora,
3) odczytać jego parametry,
4) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
5) zapisać oznaczenia wybranych przyrządów,
6) wybrać tryby pracy mierników,
7) połączyć układ pomiarowy,
8) wykonać pomiary prądu bramki tyrystora, spadków napięcia na tyrystorze oraz na
rezystorze R = 330 &! zmieniając wartość położenie pokrętła potencjometru,
9) określić na podstawie pomiarów wartości prądu bramki tyrystora, przy którym nastąpiło
załączenie tyrystora,
10) porównać wyniki pomiarów z danymi katalogowymi tyrystora,
11) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
12) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tyrystor,
 zasilacz napięcia stałego +25 V,
 rezystory 1 k&! i 330 &!,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
 potencjometr 1 k&!,
 trzy mierniku uniwersalne,
 zestawy układów do badań,
 katalogi elementów elektronicznych,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Określanie parametrów triaka na podstawie katalogu elementów elektronicznych,
rozpoznawanie jego końcówek.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin otrzymanego triaka,
2) wybrać odpowiedni katalog elementów elektronicznych,
3) wyszukać w katalogu kartę danego typu triaka,
4) określić parametry elementu, a następnie je zapisać,
5) zidentyfikować końcówki triaka,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 triak,
 katalogi elementów elektronicznych,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Badanie fotorezystora.
Rysunek do ćwiczenia 3
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) zapisać oznaczenia wybranych przyrządów,
3) wybrać tryby pracy miernika,
4) połączyć układ pomiarowy,
5) wykonać pomiary rezystancji fotorezystora zmieniając położenie pokrętła potencjometru
regulowanego z
ródła światła (poczynając od braku oświetlenia, do pełnego oświetlenia),
6) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
7) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 fotorezystor,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
 zasilacz stabilizowany +15 V,
 żarówka,
 potencjometr 1 k&!,
 miernik uniwersalny,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) rozpoznać symbole poznanych półprzewodnikowych elementów
przełączających na schemacie ideowych układu elektronicznego?
2) rozróżnić końcówki półprzewodnikowych elementów przełączających?
3) opisać działanie tyrystora?
4) scharakteryzować podstawowe parametry triaka podawane w katalogach
elementów elektronicznych?
5) wyjaśnić, dlaczego diak nazywany jest diodą spustową?
6) narysować symbole poznanych elementów optoelektronicznych?
7) opisać działanie fotorezystora?
8) określić, który z elementów szybciej działa fotodioda czy
fototranzystor?
9) opisać budowę transoptora?
10) podać przykłady zastosowania transoptorów?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
4.4. Wzmacniacze
4.4.1. Materiał nauczania
Wzmacniacze
Rys. 26. Schemat blokowy wzmacniacza [2, s. 144]
Zadaniem wzmacniacza jest wzmocnienie sygnału (dzięki energii doprowadzonej do
wzmacniacza ze z
ródła zasilania) przy zachowaniu jego nie zmienionego kształtu.
Wzmacniacze mogą wzmacniać sygnały stałe (wolnozmienne), albo zmienne.
Najważniejszym parametrem wzmacniacza jest współczynnik wzmocnienia (zwany
w skrócie wzmocnieniem), będący stosunkiem amplitudy sygnału na wyjściu wzmacniacza do
amplitudy sygnału na jego wejściu.
Ze względu na przeznaczenie rozróżniamy wzmacniacze napięciowe, prądowe i mocy, zatem
dla każdego z tych układów istotny będzie inny współczynnik wzmocnienia:
- dla wzmacniacza napięciowego, będzie to wzmocnienie napięciowe opisane zależnością:
Uwy
Ku = ,
U we
- dla wzmacniacza prądowego, będzie to wzmocnienie prądowe opisane zależnością:
Iwy
K I = ,
Iwe
- dla wzmacniacza mocy, będzie to wzmocnienie mocy opisane zależnością:
Pwy
K P = .
Pwe
Współczynniki wzmocnienia nie posiadają jednostki, czasami w katalogach współczynnik
V
�ł łł
wzmocnienia napięciowego wyrażany jest w .
�łVśł
�ł �ł
Wzmocnienie wzmacniaczy często wyrażane jest w decybelach, wówczas podane powyżej
wzory przyjmują następującą postać:
- wzmocnienie napięciowe:
Uwy
KU [dB] = 20log ,
Uwe
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
- wzmocnienie prądowe:
Iwy
KI[dB] = 20log ,
Iwe
- wzmocnienie mocy:
Pwy
KP[db] = 10log .
Pwe
Wzmacniacze budowane są najczęściej jako układy kaskadowe czyli połączenie szeregu
stopni wzmacniających (wyjście danego stopnia czyli pojedynczego wzmacniacza połączone
jest z wejściem stopnia następnego), wśród których wyróżniamy:
- stopień wejściowy (wzmacniacz wstępny, przedwzmacniacz), który współpracuje ze
z
ródłem sygnału wzmacnianego,
- stopnie pośrednie,
- stopień wyjściowy współpracujący z obciążeniem.
Rys. 27. Schemat blokowy wzmacniacza trzystopniowego [2, s. 148]
Poszczególne stopnie mogą być połączone bezpośrednio, mówimy wtedy o sprzężeniu
bezpośrednim, lub za pomocą kondensatora (sprzężenie pojemnościowe), albo transformatora
(sprzężenie transformatorowe).
Sprzężenie bezpośrednie stosowane jest we wszystkich wzmacniaczach scalonych oraz
we wzmacniaczach prądu stałego zbudowanych z elementów dyskretnych. Sprzężenia
pojemnościowe i transformatorowe spotykane są we wzmacniaczach małej częstotliwości
budowanych z elementów dyskretnych.
Konstrukcja kaskadowa pozwala na osiągnięcie większego współczynnika wzmocnienia
niż w przypadku pojedynczego wzmacniacza. Jeżeli wzmocnienie poszczególnych stopni
wyrażone jest w decybelach to, wzmocnienie całego układu (wyrażone również
w decybelach) jest sumą współczynników wzmocnienia poszczególnych układów, co wyraża
zależność:
KU [dB] = KU 1 [dB] + KU 2 [dB] + KU 3 [dB] + KU 4 [dB] +...+ KU n [dB]
Podstawowe układy wzmacniające.
Podstawowym elementem wzmacniającym jest tranzystor. Właściwości wzmacniacza
zależą od sposobu jego połączenia tranzystora w układzie.
Układy pracy tranzystora bipolarnego.
Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego to:
- wspólnego emitera WE (OE),
- wspólnego kolektora WK (OC),
- wspólnej bazy WB (OB).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
a) b) c)
Rys. 28. Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego: a) OE, b) OC, c) OB [11]
Układ WE to najpopularniejszy układ wzmacniający. Sygnał doprowadzony jest
pomiędzy emiter i bazę, a obciążenie włączone jest pomiędzy kolektor i emiter. Emiter jest
elektrodą wspólna dla wejścia i wyjścia wzmacniacza. Napięcie Ucc jest napięciem
zasilającym układ, rezystory RB1 i RB2 polaryzują bazę tranzystora do napięcia bliskiego
napięciu przewodzenia złącza emiter  baza, rezystor RC ogranicza prąd kolektora, natomiast
rezystor RE realizuje ujemne sprzężenie zwrotne w układzie czyli przekazuje sygnał z wyjścia
na wejście układu. Sprzężenie zwrotne stosuje się we wzmacniaczach w celu poprawienia ich
parametrów. Kondensatory sprzęgające CB i CC pozwalają odseparować składowe zmienne od
stałych.
Układ wspólnego emitera charakteryzuje się dość dużym wzmocnieniem napięciowym
i prądowym oraz dużym wzmocnieniem mocy. Sygnał na jego wyjściu jest odwrócony
w fazie o 180� w stosunku do napięcia wejściowego.
Układ WK zwany wtórnikiem emiterowym stosowany jest jako układ dopasowujący lub
separującym ze względu na przenoszenie sygnału bez strat. Charakteryzuje się on
wzmocnieniem napięciowym bliskim jedności, natomiast wzmocnienie prądowe ma tego
samego rzędu co układ wspólnego emitera.
Układ WB stosowany jest jako wzmacniacz sygnałów wielkiej częstotliwości.
Wzmocnienie napięciowe ma zbliżone do układu wspólnego emitera, natomiast prądowe
mniejsze od jedności.
Układy pracy tranzystora unipolarnego
Tranzystory unipolarne stosowane są również do budowy wzmacniaczy.
Odpowiednikami konfiguracji WE, WK, WB tranzystora bipolarnego są układy wspólnego
z
ródła WS, wspólnego drenu WD tzw. wtórnik z
ródłowy i wspólnej bramki WB (stosowany
bardzo rzadko).
a) b)
Rys. 29. Podstawowe układy pracy tranzystora unipolarnego: a) WS, b) WD [11]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
Ze względu na zakres częstotliwości wzmacnianych sygnałów wzmacniacze mogą być:
- szerokopasmowe, gdy zakres częstotliwości wzmacnianych sygnałów zmienia się
w szerokim zakresie,
- selektywne, gdy wzmacniane są sygnały tylko o określonej częstotliwości.
Sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach
Sprzężenie zwrotne układach elektronicznych polega na przekazaniu części sygnału
wyjściowego, zwanej sygnałem zwrotnym z wyjścia na wejście układu, gdzie sumuje się on
z sygnałem wejściowym, zmieniając właściwości układu. We wzmacniaczach stosuje się
głównie ujemne sprzężenie zwrotne tzn., że sygnał zwrotny ma fazę przeciwną niż sygnał
wejściowy, w efekcie sygnał zwrotny na wejściu wzmacniacza odejmuje się od sygnału
wejściowego. W układzie WE elementem realizującym ujemne sprzężenie zwrotne jest
rezystor włączony w obwód emitera.
Klasy pracy wzmacniaczy.
Wzmacniacze dzielimy na klasy: A, B, AB, C.
W klasie A prąd kolektora płynie przez cały okres sygnału wejściowego  mówimy, że kąt
przepływu prądu 2Ś = 360� = 2Ą.
W klasie B prąd płynie przez około pół okresu sygnału wejściowego  wówczas kąt
przepływu prądu 2Ś H" 180�.
Klasa AB jest pośrednia między klasą A i B, zatem kąt przepływu prądu zawiera się
pomiędzy 180� a 360�.
W klasie C sygnał wyjściowy jest znacznie odkształcony, a kąt przepływu prądu 2Ś < 180�.
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie zadanie realizuje wzmacniacz?
2. Jaki są podstawowe parametry wzmacniacza?
3. Co to znaczy, że wzmacniacz jest wielostopniowy?
4. Jakie rozróżniamy rodzaje połączeń między poszczególnymi stopniami wzmacniacza?
5. Od czego zależy współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza
wielostopniowego?
6. Na czym polega sprzężenie zwrotne stosowane w układach elektronicznych?
7. Co określa klasa pracy wzmacniacza?
8. Jakie rozróżniamy klasy pracy wzmacniacza?
9. Jak dzielimy wzmacniacze ze względu na zakres częstotliwości wzmacnianych
sygnałów?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Analiza schematu ideowego wzmacniacza wielostopniowego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z otrzymaną dokumentacją techniczną,
2) określić z ilu stopni składa się analizowany wzmacniacz,
3) określić rodzaj sprzężenia między poszczególnymi stopniami wzmacniacza,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
4) wyodrębnić na schemacie ideowym wzmacniacza wielostopniowego jeden stopień
wzmacniający,
5) określić jaki zastosowano w tym stopniu układ pracy tranzystora,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 schemat ideowy prostego wzmacniacz wielostopniowego,
 literatura wskazana przez nauczyciela,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Badanie wzmacniacza w układzie wspólnego emitera.
Rysunek do ćwiczenia 2
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) wybrać tryb pracy oscyloskopu,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) ustawić napięcie wyjściowe z generatora, tak aby wartość międzyszczytowa napięcia
wyjściowego Uwyss wynosiła około 5 V (częstotliwość generowanego przebiegu równa
1 kHz),
5) dokonać pomiaru za pomocą oscyloskopu wartości amplitudy napięcia wejściowego Uwe
i wyjściowego Uwy,
6) określić na podstawie pomiarów współczynnik wzmocnienie napięciowego według
zależności:
Uwy
Ku = ,
Uwe
7) określić przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym,
8) sformułować wnioski,
9) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystor BC 107,
 rezystory: 680 k&!, 100 k&!, 47 k&!, 10 k&!,
 kondensatory elektrolityczne: 10 �F, 0,47 �F,
 zasilacz stabilizowany +15 V,
 generator przebiegów sinusoidalnych,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
 oscyloskop dwukanałowy,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Badanie wzmacniacza w układzie wspólnego drenu.
Rysunek do ćwiczenia 3
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) wybrać tryb pracy oscyloskopu,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) ustawić (po załączeniu napięcia zasilania UCC), za pomocą potencjometru wartość
napięcia UDS równą połowie napięcia zasilania,
5) podać na wejście układu napięcie sinusoidalnie zmienne o wartości międzyszczytowej
Uwess równej 2 V i częstotliwości f równej 1 kHz,
6) dokonać pomiaru wartości amplitudy napięcia wejściowego Uwe i wyjściowego Uwy,
7) określić na podstawie pomiarów współczynnik wzmocnienie napięciowego według
zależności:
Uwy
Ku = ,
Uwe
8) określić przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym,
9) sformułować wnioski,
10) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystor polowy 2N3819,
 rezystory: 6,8 k&!, 1 M&!, 4,7 k&!, 1 k&!, 300 &!,
 kondensatory elektrolityczne: 10 �F, 0,47 �F,
 miernik uniwersalny,
 zasilacz stabilizowany +15 V,
 generator przebiegów sinusoidalnych,
 oscyloskop dwukanałowy,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
Ćwiczenie 4
Badanie wzmacniacza selektywnego.
Rysunek do ćwiczenia 4
Tabela wyników pomiarów
f [kHz] 0 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 50
Uwess[V]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeanalizować treść zadania,
2) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
3) wybrać tryb pracy oscyloskopu i miernika uniwersalnego,
4) połączyć układ pomiarowy,
5) ustawić za pomocą potencjometru napięcie UGS =  2 V,
6) podać na wejście układu napięcie sinusoidalnie zmienne o wartości międzyszczytowej
Uwess = 200 mV, zmieniając częstotliwości w zakresie od 0 Hz do 50 kHz, zgodnie
z tabelą wyników pomiarów,
7) zaobserwować przy jakiej częstotliwości sygnału wejściowego, sygnał wyjściowy będzie
miał największą wartość amplitudy, a przy jakiej najmniejszą,
8) określić współczynnik wzmocnienia napięciowego dla częstotliwości określonych
w poprzednim punkcie, według zależności:
Uwy
Ku = ,
Uwe
9) sformułować wnioski,
10) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystor polowy 2N3819,
 rezystor: 470 &!, 100 k&!,
 potencjometry 10 k&!,
 kondensatory elektrolityczne: 10 �F, 0,47 �F, 100 �F, 1 nF,
 cewka 220 mH,
 miernik uniwersalny,
 zasilacz stabilizowany +15 V,
 generator przebiegów sinusoidalnych,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić współczynnik wzmocnienia wzmacniacza na podstawie wartości
sygnału wejściowego i wyjściowego?
2) rozpoznać podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego?
3) określić funkcję poszczególnych elementów w układzie WE?
4) określić właściwości podstawowych układów pracy tranzystora
bipolarnego?
5) rozpoznać podstawowe układy pracy tranzystora unipolarnego?
6) określić właściwości podstawowych układów pracy tranzystora
unipolarnego?
7) rozróżnić rodzaje połączeń między poszczególnymi stopniami
wzmacniacza wielostopniowego?
8) określić wzmocnienie napięciowe wzmacniacza wielostopniowego, na
podstawie znajomości współczynników wzmocnienia napięciowego
poszczególnych stopni?
9) określić klasę pracy wzmacniacza na podstawie przebiegów czasowych
sygnału wejściowego i wyjściowego?
10) opisać działanie sprzężenia zwrotnego we wzmacniaczach?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
4.5. Wzmacniacz operacyjny. Układy ze wzmacniaczem
operacyjnym
4.5.1. Materiał nauczania
Wzmacniacz operacyjny to najbardziej rozpowszechniony analogowy układ
elektroniczny realizowany jako monolityczny układ scalony. Zazwyczaj jest to układ
o sprzężeniu bezpośrednim, którego sposób działania jest określony przez zewnętrzny obwód
sprzężenia zwrotnego.
Rys. 30. Symbol wzmacniacza operacyjnego [2, s. 197]
Wzmacniacz operacyjny posiada jedno wyjście i dwa wejścia: odwracające (oznaczone
   ) i nieodwracające (oznaczone  + ). Wzmacniana jest różnica sygnałów z tych wejść,
a wartość tego wzmocnienia jest normalne bardzo duża. Wspomniany zewnętrzny obwód
sprzężenia zwrotnego decyduje o wzmocnieniu całego układu.
Idealny wzmacniacz operacyjny powinien cechować się:
- nieskończenie dużym wzmocnieniem napięciowym (różnicowym),
- nieskończenie dużą impedancją wejściową (co oznacza, że nie wpływają do niego żadne
prądy wejściowe),
- zerową impedancją wyjściową,
- nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości,
- nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału.
W rzeczywistości wymienione parametry mają skończone określone wartości: impedancją
wejściową jest bardzo duża, a wyjściowa bardzo mała, wzmocnienie napięciowe (różnicowe)
jest bardzo duże, może przyjmować wartość np. 400 V/mV, albo 25000 razy. Pomimo bardzo
dużego wzmocnienia napięcie wyjściowe wzmacniacza nie może przyjąć wartości wyższej niż
napięcie zasilania. Rzeczywisty wzmacniacz operacyjny powinien też cechować się między
innymi: dużym współczynnikiem tłumienia sygnału sumacyjnego, bardzo małymi prądami
polaryzacji czyli inaczej wejściowymi (rzędu nano, a nawet pikoamperów), niskim wejściowym
napięciem niezrównoważenia, małym czasem narastania. Napięcie niezrównoważenia to
różnica napięć wejściowych, która daje na wyjściu wzmacniacza napięcie równe zeru. Czas
narastania to czas, po którym napięcie na wyjściu zmienia swą wartość chwilową od 0,1 do 0,9
wartości ustalonej Uwy.
Podstawowe parametry wzmacniaczy operacyjnych podawane w katalogach elementów
i układów elektronicznych to:
- napięcie zasilania,
- pobór prądu,
- wzmocnienie napięciowe (różnicowe),
- napięcie niezrównoważenia (napięcie offsetowe),
- szumy,
- szybkość narastania,
- pasmo przenoszenia,
- zakres temperatur.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
Obecnie produkuje się różne typy wzmacniaczy operacyjnych przeznaczone do szczególnych
zastosowań, między innymi:
- wzmacniacz oszczędny energetycznie, charakteryzuje się bardzo małym poborem mocy
przy jak najniższym napięciu zasilania;
- wzmacniacz pomiarowy (do wzmacniania małych sygnałów różnicowych
w zastosowaniach pomiarowych), posiada wewnętrzna pętlę sprzężenia zwrotnego
i możliwość regulacji wzmocnienia jednym rezystorem zewnętrznym;
- wzmacniacz wizyjny, zoptymalizowany pod kątem wzmacniania sygnałów wizyjnych,
charakteryzuje się pasmem przenoszenia powyżej 100 MHz;
- wzmacniacz niskoszumowy zaprojektowany do zastosowań pomiarowych, akustycznych
i wizyjnych;
- wzmacniacz izolacyjny, przekazuje liniowo sygnał pomiędzy układami o rozdzielonych
masach;
- wzmacniacz Nortona, odznacza się bardzo małą rezystancją wejściową, sterowany jest
prądowo, jego działanie oparte jest na odejmowaniu prądów wejściowych;
- wzmacniacz transkonduktancyjny, posiada trzecie wejście, którym można sterować
wartość wzmocnienia prądowego.
Podstawowe układy zbudowane na wzmacniaczu operacyjnym.
Rys. 31. Wzmacniacz operacyjny w konfiguracji odwracającej fazę[2, s. 204]
Rys. 32. Układy ze wzmacniaczem operacyjnym: a) wzmacniacz nieodwracający, b) wtórnik, c) sumator
[2, s. 206]
Wzmacniacz odwracający jego wzmocnienie napięciowe wyrażone jest zależnością:
Uwy R 2
Ku = H" - .
Uwe R 1
Sygnały wyjściowy jest przesunięty w fazie o 180� względem sygnału wejściowego (stąd
nazwa, bo odwraca fazę sygnału o 180�).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
Wzmacniacz nieodwracający, jego wzmocnienie napięciowe wyrażone jest zależnością:
Uwy R 2
Ku = H" 1+ .
Uwe R 1
Wtórnik napięciowy ma wzmocnienie Ku H" 1. Pracuje jako układ separujący i dopasowujący
(charakteryzuje się dużą impedancją wejściową, a małą wyjściową).
Sumator napięć, przy doborze jednakowych rezystancji R1 = R2 = R3 =...= Rn = R
uzyskuje się algebraiczne sumowanie napięć.
Komparatory
Rys. 34. Komparator napięcia [2, s. 221]
Komparator stosuje się do porównywania dwóch napięć lub do określania zakresu,
w którym znajduje się porównywane napięcie. W układzie tym wzmacniacz operacyjny
pracuje bez sprzężenia zwrotnego. Na jedno z wejść wzmacniacza operacyjnego np. wejście
odwracające, podaje się napięcie odniesienia Uod, a na drugie wejście napięcie porównawcze
Uwe. W przypadku, gdy Uod < Uwe, wzmacniacz znajduje się w stanie nasycenia przy
dodatnim napięciu wyjściowym, natomiast dla Uod > Uwe, wzmacniacz znajduje się w stanie
nasycenia przy ujemnym napięciu wyjściowym.
Obecnie produkuje się komparatory w postaci scalonej.
Podstawowe parametry komparatorów podawane w katalogach elementów i układów
elektronicznych to:
- napięcie zasilania,
- pobór prądu,
- wzmocnienie napięciowe,
- napięcie niezrównoważenia (nap. offsetu),
- prąd niezrównoważenia (prąd offsetu),
- różnica napięć wejściowych,
- zakres temperatur.
Filtry aktywne
Filtr częstotliwościowy to czwórnik, który przepuszcza bez tłumienia lub z małym
tłumieniem napięcia i prądy o określonym paśmie częstotliwości, a tłumi napięcia i prądy
leżące poza tym pasmem.
Parametry filtrów częstotliwościowych to:
- pasmo przepustowe  zakres częstotliwości, które filtry przepuszczają,
- pasmo tłumieniowe  zakres częstotliwości, które filtry tłumią,
- częstotliwość graniczna fg  oddziela pasmo przepustowe i tłumieniowe,
- współczynnik tłumienia a  miara zmian napięcia przy przejściu od zacisków
wejściowych do zacisków wyjściowych filtra, w paśmie przepustowym a H" 0 (lub jest
bliskie zeru), w paśmie tłumieniowym a jest bardzo duże,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
- współczynnik fazowy b  określa zmiany fazy napięcia i prądu przy przejściu sygnału
przez filtr,
- charakterystyka częstotliwościowa  określa napięcie wyjściowe w funkcji częstotliwości
(zwyczajowo jest to funkcja pulsacji �).
Ze względu na położenie pasma przepustowego filtry dzielimy na:
- dolnoprzepustowe,
- górnoprzepustowe,
- pasmowe,
- zaporowe.
Ze względu na budowę filtry dzielimy na:
- reaktancyjne LC  zbudowane z cewek i kondensatorów,
- bezindukcyjne, pasywne RC  zbudowane z rezystorów i kondensatorów,
- piezoceramiczne,
- aktywne.
Filtry aktywne budowane są z wykorzystaniem wzmacniaczy operacyjnych, rezystorów
i kondensatorów. Prócz właściwości typowych filtrów wzmacniają również przepuszczane
sygnały.
Filtry dolnoprzepustowe przenoszą sygnały o częstotliwościach z zakresu od 0 do
częstotliwości granicznej fg.
a) b)
Rys. 34. Filtr dolnoprzepustowy: a) schemat, b) charakterystyka częstotliwościowa [10, s. 346]
Filtry górnoprzepustowe przenoszą sygnały o częstotliwościach z zakresu od
częstotliwości granicznej fg do nieskończoności.
a) b)
Rys. 35. Filtr górnoprzepustowy: a) schemat, b) charakterystyka częstotliwościowa [10, s. 346]
Filtry pasmowe przenoszą sygnały o częstotliwościach z zakresu od częstotliwości
granicznej f01 do częstotliwości granicznej f02. Częstotliwości f01 i f02 są częstotliwościami
granicznymi. Filtry takie uzyskuje się przez połączenie kaskadowe filtru górnoprzepustowego
i dolnoprzepustowego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
 a) b)
Rys. 36. Filtr pasmowy: a) schemat, b) charakterystyka częstotliwościowa [10 s. 360]
Filtry zaporowe przenoszą sygnały o wszystkich częstotliwościach za wyjątkiem
sygnałów określonego pasma ograniczonego częstotliwościami granicznymi fg1 i fg2.
Do ich budowy wykorzystuje się szeregowe obwody rezonansowe.
a) b)
Rys. 37. Filtr zaporowy: a) schemat, b) charakterystyka częstotliwościowa [10, s. 366]
Filtry aktywne produkowane są jako układy scalone (czasami w jednej obudowie znajduje się
więcej niż jeden filtr).
Podstawowe parametry filtrów aktywnych podawane w katalogach elementów i układów
elektronicznych to:
- napięcie zasilające,
- pasmo przepustowe,
- typ obudowy.
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie wejścia posiada wzmacniacz operacyjny?
2. Jakimi parametrami charakteryzuje się wzmacniacz idealny?
3. Jakie parametry wzmacniacza operacyjnego podawane są w katalogach elementów
i układów elektronicznych?
4. W jaki sposób ustala się wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego pracującego
w określonym układzie elektronicznym?
5. W jakich układach elektronicznych wykorzystywany jest wzmacniacz operacyjny?
6. Do czego służy komparator?
7. Jakie parametry komparatora podawane są w katalogach elementów i układów
elektronicznych?
8. Jak zbudowane są filtry aktywne?
9. Jak dzielimy filtry częstotliwościowe ze względu na przepuszczane pasmo
częstotliwości?
10. Jakie są różnice w budowie i działaniu między filtrami górnoprzeustowymi
i dolnoprzepustowymi?
11. Jakie są różnice w budowie i działaniu między filtrami pasmowymi i zaporowymi?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
12. Jakie parametry filtrów aktywnych są podawane w katalogach elementów i układów
elektronicznych?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie wzmocnienia różnicowego wzmacniacza operacyjnego.
Rysunek do ćwiczenia 1
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) wybrać tryb pracy oscyloskopu,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) podać na wejście układu napięcie sinusoidalnie zmienne o częstotliwości 1 kHz
i amplitudzie tak dobranej aby wartość międzyszczytowa napięcia różnicowego UDSS
była równa 0,01 V (pomiar napięcia UD wykonać za pomocą oscyloskopu),
5) dokonać pomiaru za pomocą oscyloskopu wartości międzyszczytowej napięcia
wyjściowego UASS wzmacniacza,
6) określić na podstawie pomiarów współczynnik wzmocnienie napięciowego według
zależności:
UA SS
Ku = ,
UD SS
7) sformułować wnioski,
8) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 wzmacniacz operacyjny �A 741,
 rezystor 1 k&!,
 kondensator elektrolityczny: 22 �F,
 zasilacz stabilizowany +15 V,  15 V,
 generator przebiegów sinusoidalnych,
 oscyloskop dwukanałowy,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Badanie wzmacniacza operacyjnego w układzie nieodwracającym fazy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
Rysunek do ćwiczenia 2
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektryczne,
2) wybrać tryb pracy miernika,
3) połączyć układ pomiarowy przyjmując wartości R1 = 22 k&! i R2 = 2,2 k&!,
4) podać na wejście układu napięcie Uwe = 5 V,
5) dokonać pomiaru napięcia wyjściowego Uwy układu,
6) określić wzmocnienie układu według zależności:
Uwy
Ku = ,
U we
7) określić ponownie wzmocnienie układu według zależności:
R 2
Ku = 1+ ,
R 1
8) porównać wzmocnienie wyznaczone oboma sposobami,
9) powtórzyć pomiary zmieniając w układzie wartości rezystorów: R1 = R2 = 10 k&!,
10) ponownie wyznaczyć wzmocnienie układu na oba sposoby i porównać otrzymane
wyniki,
11) sformułować wnioski,
12) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 wzmacniacz operacyjny �A 741,
 2 rezystory: 10 k&!,
 rezystor: 2,2 k&!, 22 k&!,
 zasilacz stabilizowany +5 V, +15 V,  15 V,
 miernik uniwersalny,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Badanie filtra aktywnego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
Rysunek do ćwiczenia 3
Tabela wyników pomiarów
f
0,01 0,025 0,05 0,25 0,5 0,1 0,25 0,5 0,75 1 3 5 7 10 12 15 20
[kHz]
Uwy
[V]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektroniczne,
2) wybrać tryb pracy mierników,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) podać na wejście układu napięcie sinusoidalnie zmienne o wartości skutecznej Uwe = 2 V,
zmieniając częstotliwość w zakresie od 10 Hz do 30 kHz zgodnie z zapisami w tabeli
wyników pomiarów (wartość napięcia wejściowego powinna być stała podczas
wszystkich pomiarów),
5) dokonać pomiarów wartości skutecznej napięcia wyjściowego układu Uwy dla każdego
przypadku,
6) określić dla jakich wartości częstotliwości napięcie wyjściowe miało największą wartość,
7) określić na podstawie pomiarów rodzaj filtra,
8) sformułować wnioski,
9) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 wzmacniacz operacyjny �A 741,
 2 rezystory: 1 k&!,
 rezystor 560 &!,
 kondensator elektrolityczny: 2 nF,
 zasilacz stabilizowany +15 V,  15 V,
 generator przebiegów sinusoidalnych,
 2 mierniki uniwersalne,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 4
Określanie na podstawie katalogu elementów i układów elektronicznych typu
komparatora jego parametrów, rozróżnianie końcówek układu.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin otrzymanego układu scalonego,
2) wybrać odpowiedni katalog elementów i układów elektronicznych,
3) wyszukać w katalogu kartę danego typu komparatora,
4) zapoznać się z parametrami układu,
5) zidentyfikować końcówki układu,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 komparator,
 katalogi elementów i układów elektronicznych,
 literatura wskazana przez nauczyciela,
 materiały i przybory do pisania.
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) opisać budowę wzmacniacza operacyjnego?
2) scharakteryzować parametry rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego?
3) narysować schematy przykładowych układów analogowych
z zastosowaniem wzmacniacza operacyjnego i scharakteryzować ich
działanie?
4) opisać zasadę działania komparatora?
5) scharakteryzować budowę filtrów aktywnych?
6) rozpoznać na podstawie schematu ideowego typ filtra aktywnego?
7) sklasyfikować, na podstawie charakterystyki częstotliwościowej, filtr
ze względu na pasmo przepustowe?
8) określić na podstawie pomiarów napięć wejściowego i wyjściowego pasmo
przepustowe filtra?
9) narysować schemat przykładowego filtra dolnoprzepustowego lub
górnoprzepustowego?
10) narysować schemat przykładowego filtra pasmowego lub zaporowego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
4.6. Generatory
4.6.1. Materiał nauczania
Generator to układ wytwarzający przebiegi elektryczne o określonym kształcie np.
sinusoidalnym (generatory przebiegów sinusoidalnych), prostokątnym czy trójkątnym
(generatory przebiegów niesinusoidalnych). Generator przetwarza energię elektryczną
pozyskiwaną ze z
ródła napięcia zasilania, zamieniając ją (z pewnymi stratami) w energię
generowanego napięcia zmiennego.
Zazwyczaj generatory wytwarzają przebiegi których częstotliwość i amplitudę można
zmieniać w określonym zakresie, są to układy przestrajane.
Istotnym wymaganiem stawianym generatorom jest zapewnienie stałej amplitudy
wytwarzanego przebiegu, niezależnej od jego częstotliwości (ani od zmian innych
parametrów jak napięcie zasilania, temperatura). Również ustalona częstotliwość
generowanego przebiegu powinna być stała i niezależna od innych parametrów układu.
Generowane przebiegi nie mają idealnych kształtów. W generatorach przebiegów
sinusoidalnych zjawisko to opisane jest za pomocą współczynnika zawartości harmonicznych
lub współczynnika zniekształceń całkowitych.
W zależności od układu określającego częstotliwość drgań rozróżniamy generatory:
- LC  gdzie częstotliwość zależy od obwodu rezonansowego LC,
- RC  gdzie układ ten złożony jest z elementów rezystancyjnych R i pojemnościowych C,
- elektromechaniczne  posiadające elementy wytwarzające drgania mechaniczne np.
płytkę piezoelektryczną (szczególnie rozpowszechnione są tego typu generatory
kwarcowe).
Generatory mogą pracować:
- samowzbudnie (astabilnie)  nie potrzebują sterowania sygnałem zewnętrznym,
- monostabilnie  pozostają stale w spoczynku, a po doprowadzeniu sygnału
zewnętrznego wykonują jeden cykl drgań,
- bistabilnie  posiadają dwa stany równowagi stałej, przejście miedzy, którymi wymaga
doprowadzenia zewnętrznych impulsów sterujących.
W celu wzbudzenia drgań stosuje się najczęściej sprzężenie zwrotne, rzadziej elementy
o ujemnej rezystancji (ze względu na gorsze parametry układu), połączony z szeregowym lub
równoległym obwodem rezonansowym LC.
Generator ze sprzężeniem zwrotnym składa się z wzmacniacza o wzmocnieniu napięciowym
Ku oraz bloku sprzężenia zwrotnego.
Rys. 38. Schemat blokowy generatora [2, s. 252]
Podstawowe układy generatorów LC ze sprzężeniem zwrotnym to generatory Meissnera,
Colpittsa i Hartleya.
W generatorze Meissnera sprzężenie zwrotne realizowane jest za pomocą transformatora,
którego uzwojenie wtórne o indukcyjności L2 i kondensator C2 tworzą obwód rezonansowy.
Generator Colpittsa zawiera dzielnik pojemnościowy C1, C2, określający wartość napięcia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48
dodatniego sprzężenia zwrotnego. Częstotliwość generowanych drgań określona jest przez
obwód rezonansowy złożony z połączonych szeregowo kondensatorów C1 i C2 i cewki
o indukcyjności L12.
W generatorze Hartleya dodatnie sprzężenie zwrotne realizuje cewka z dzielonym
uzwojeniem (L1, L2). Częstotliwość generowanego sygnału określa równoległy obwód
rezonansowy złożony z indukcyjności L = L1 + L2 i pojemności C12.
Rys. 39. Układy generatorów LC drgań sinusoidalnych [2, s. 255]
Generatory z rezonatorami elektromechanicznymi odznaczają się dużą stałością
częstotliwości generowanych sygnałów. Najczęściej spotykane są obecnie generatory
kwarcowe wykorzystujące odwrotne zjawisko piezoelektryczne. Polega ono na odkształceniu
płytki piezoelektrycznej przy doprowadzeniu do elektrod umieszczonych na jej
przeciwległych ściankach napięcia elektrycznego. Na skutek działania napięcia zmiennego
płytka wykonuje drgania mechaniczne.
Rezonator kwarcowy może zastępować cewkę L1 w generatorze Hartleya, lub cewkę L12
w generatorze Colpittsa, taki generator nazywamy generatorem Pierce a. Dla łatwiejszego
doboru parametrów jeden z kondensatorów w tym układzie zastępuje się obwodem
rezonansowym.
a) b)
Rys. 40. Schematy generatorów kwarcowych:
a) z dzieloną pojemnością , b) z dzieloną indukcyjnością [2, s. 260]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
49
Obecnie produkowanych jest szereg typów rezonatorów kwarcowych, których parametry
i budowa dostosowane są do specjalistycznych zastosowań.
Podstawowe parametry rezonatorów kwarcowych podawane w katalogach elementów
elektronicznych to:
- napięcie zasilania,
- pobór prądu,
- częstotliwość,
- stabilność częstotliwości.
Generatory RC stosuje się do wytwarzania sygnałów małych i średnich częstotliwości,
ponieważ w tym zakresie trudno zrealizować obwód rezonansowy o wymaganych
parametrach. Układ takiego generatora składa się ze wzmacniacza i selektywnego układu
sprzężenia zwrotnego, zbudowanego z elementów rezystancyjno-pojemnościowych.
Generatory RC charakteryzują się dużym zakresem przestrajania częstotliwości, dobrą
stałością częstotliwości oraz małymi zniekształceniami generowanych przebiegów.
Rys. 41. Generator RC z mostkiem Wiena [2, s. 262]
Generatory impulsów prostokątnych zwane są też przerzutnikami. Przerzutniki astabilne 
multiwibratory to układy samowzbudne generujące przebiegi okresowe o kształcie
prostokątnym.
Podstawowe parametry przebiegu prostokątnego to amplituda Um, czas trwania ti, czas
narastania tn, czas opadania to, częstotliwość f lub okres T i współczynnik wypełnienia v,
będący stosunkiem czasu trwania przebiegu do jego okresu.
t i
v =
T
Najprostszy multiwibrator składa się z dwóch wzmacniaczy tranzystorowych, objętych
pojemnościowym dodatnim sprzężeniem zwrotnym.
Rys. 42. Schemat tranzystorowego przerzutnika astabilnego [2, s. 266]
Tranzystory T1 i T2 pracują jako przełączniki elektroniczne, przechodząc na przemian ze
stanu nasycenia w stan odcięcia i odwrotnie. Okres generowanych drgań zależy od wartości
rezystorów polaryzujących bazy tranzystorów RB1 i RB2 oraz kondensatorów sprzężenia
zwrotnego CB1 i CB2.
Generatory astabilne mogą być też budowane na wzmacniaczach operacyjnych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
50
Rys. 43. Przerzutniki astabilne a), b), c) schematy układów ze wzmacniaczami operacyjnymi d) przebiegi
napięć. [2, s. 247]
Przerzutniki monostabilne  uniwibratory wytwarzają jednorazowy impuls prostokątny.
Mają jeden stan trwałej równowagi, który utrzymuje się tak długo, aż pojawi się impuls
wyzwalający. Wówczas następuje przejście ze stanu stabilnego do niestabilnego.
a) b)
Rys. 44. Uniwibrator a) tranzystorowy [2, s. 271], b) ze wzmacniaczem scalonym [2, s. 274]
Parametry generowanego impulsu nie zależą od impulsów wyzwalających. Czas jego
trwania zależy od wartości rezystora RB2 oraz kondensatora CB2.
Uniwibrator może być też budowany na wzmacniaczu operacyjnym.
Przerzutniki bistabilne stosowane są w technice cyfrowej. Mają dwa stany równowagi
trwałej, między którymi przejścia następują po zadziałaniu zewnętrznych sygnałów
wyzwalających lub synchronizujących. Układy te noszą również nazwę układów flip flop.
Obecnie produkuje się układy generatorowe w postaci scalonej, jako generatory
wysokoczęstotliwościowe czy funkcyjne, posiadają one skomplikowaną i rozbudowaną
strukturę wewnętrzną. Podstawowe parametry tych układów podawane w katalogach
elementów elektronicznych to:
- napięcie zasilania,
- pobór prądu,
- pasmo częstotliwości generowanych przebiegów,
- stabilność temperaturowa.
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaka jest zasada działania generatorów?
2. Jakie wymagania powinien spełniać generator?
3. Jakie elementy mogą określać częstotliwość generowanych drgań?
4. W jaki sposób można wzbudzić drgania w układzie generatora?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
51
5. Z jakich bloków składa się generator ze sprzężeniem zwrotnym?
6. Jakie znasz podstawowe układy generatorów LC?
7. Na jakiej zasadzie działają generatory kwarcowe?
8. W jakich przypadkach stosuje się układy RC w generatorach?
9. Jak mogą pracować generatory impulsów prostokątnych?
10. Jak inaczej nazywają się generatory impulsów prostokątnych?
11. Jakie znasz rodzaje generatorów impulsów prostokątnych?
4.6.2. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie generatora sinusoidalnego z przesuwnikiem fazowym.
Rysunek do ćwiczenia 1
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektroniczne,
2) wybrać tryb pracy oscyloskopu i miernika,
3) połączyć układ pomiarowy pomijając przesuwnik fazowy,
4) ustawić, za pomocą potencjometru RP1 napięcie kolektora o wartości około 7,5 V
(pomiaru dokonać za pomocą multimetru cyfrowego),
5) połączyć układ przesuwnika fazowego (o parametrach R = 2,2 k&!, C = 0,1 �F) i włączyć
go do układu zgodnie ze schematem,
6) ustawić, za pomocą potencjometru RP2 wzmocnienie układu tak, aby na jego wyjściu
pojawił się sygnał sinusoidalny Ua,
7) określić, za pomocą oscyloskopu, wartość amplitudy i okresu T generowanego przebiegu,
1
8) obliczyć wartość częstotliwości f generowanego przebiegu z zależności: f = ,
T
9) określić za pomocą oscyloskopu przesunięcie między napięciem wejściowym
a wyjściowym,
10) sformułować wnioski,
11) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystor BC 107,
 rezystory: 2,2 k&! x 2szt., 100 &!, 1 k&!, 22 k&!, 33 k&!, 4,7 k&!, 100 k&!,
 potencjometry: 100 &!, 47 k&!,
 kondensator elektrolityczny 100 �F,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
52
 kondensatory: 0,1 �F x 3 szt., 47 nF,
 zasilacz stabilizowany +15 V,
 miernik uniwersalny,
 oscyloskop dwukanałowy,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Badanie przerzutnika stabilnego.
Rysunek do ćwiczenia 2
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektroniczne,
2) wybrać tryb pracy oscyloskopu,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) zaobserwować za pomocą oscyloskopu przebiegi napięć U1 oraz U2,
5) określić czas trwania impulsów i przerwy pomiędzy nimi,
6) określić okresu T napięć U1 oraz U2,
1
7) obliczyć wartość częstotliwości f generowanych przebiegów z zależności: f = ,
T
8) sformułować wnioski,
9) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 tranzystory: BC 140 x 2 szt.,
 rezystory: 1 k&! x 2 szt., 10 k&! x 2 szt.,
 kondensatory: 0,1 �F x 2 szt.,
 zasilacz stabilizowany +15 V,
 oscyloskop dwukanałowy,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Analiza schematu układu generatora funkcyjnego zrealizowanego na generacyjnym
układzie scalonym.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
53
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wybrać odpowiedni katalog elementów i układów elektronicznych,
2) wyszukać w katalogu karty analogowych układów generacyjnych,
3) zapoznać się z parametrami jednego z układów,
4) przeanalizować zaproponowany układ aplikacyjny,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 katalogi elementów i układów elektronicznych
 literatura wskazana przez nauczyciela,
 materiały i przybory do pisania.
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić jakimi parametrami powinien charakteryzować się generator?
2) opisać budowę generatora Meissnera?
3) opisać budowę generatora Colpitsa?
4) opisać budowę generatora Hartleya?
5) określić parametry generatorów RC?
6) scharakteryzować parametry, budowę i zasadę działania generatorów
z rezonatorami elektromechanicznymi?
7) opisać zasadę działania przerzutnika astabilnego?
8) opisać zasadę działania przerzutnika monostabilnego?
9) opisać zasadę działania przerzutnika bistabilnego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
54
4.7. Analogowe urządzenia elektroniczne
4.7.1. Materiał nauczania
Bloki funkcjonalne urządzeń analogowych
Powszechnie stosowane współcześnie urządzenia analogowe składają się z typowych
bloków funkcjonalnych. Wiele urządzeń posiada zasilacze, które służą do zasilenia całego
urządzenia lub jednego z bloków. Zasilacze uniwersalne, które dostarczające kilku napięć
stosuje się np. magnetofonach i magnetowidach w celu zasilenia silników przesuwających
taśmę. Zasilacz, może być również samodzielnym urządzeniem powszechnego użytku (czego
przykładem są ładowarki akumulatorowe  zasilacze z określonym ograniczeniem prądowym)
składa się z bloków, takich jak: transformator, prostownik z filtrem i stabilizator które są
stosowane w innych urządzeniach analogowych.
Układy generatorów stanowią bloki funkcjonalne kuchenek mikrofalowych.
W urządzeniach audiowizualnych stosowanych powszechnie w gospodarstwie domowym
wykorzystuje się modulację sygnału elektrycznego, zatem integralna częścią tych urządzeń są
bloki modulatorów i demodulatorów.
Znakomita większość powszechnie stosowanych przez człowieka urządzeń analogowych
posiada blok elektroniki sterującej zbudowany z elementów półprzewodnikowych takich jak
diody, tranzystory, tyrystory, diaki, termistory, elementy optoelektroniczne i inne oraz
z półprzewodnikowych układów scalonych.
Zasilacze dostarczają do urządzenia zasilanego napięcia stałe, które są wytwarzane przez
transformowanie i prostowanie napięcia sieciowego. Uzyskane w ten sposób napięcie stałe
charakteryzuje się znacznymi tętnieniami, a ponadto jego wartość zmienia się na skutek
zmian napięcia sieci, a także zmian obciążenia. Z tego względu zasilacz zawiera z reguły
stabilizator napięcia, którego zadaniem jest utrzymanie stałej wartości napięcia. Ponadto
każdy zasilacz sieciowy napięcia stałego musi składać się z bloku obniżającego napięcie sieci
230 V  transformatora i układu zamieniającego obniżone napięcie przemienne na stałe, czyli
układu prostownika z filtrem.
Rys. 45. Schemat blokowy zasilacza [12]
Transformator
Rys. 46. Schemat elektryczny transformatora. [11]
Transformator jest urządzeniem, w którym następuje przekazanie energii elektrycznej
z jednego obwodu do drugiego, za pośrednictwem pola elektromagnetycznego. Zbudowany
jest zazwyczaj z dwóch uzwojeń. Uzwojenie do, którego doprowadzany jest sygnał nosi
nazwę pierwotnego, natomiast uzwojenie do którego podłączony jest odbiornik lub kolejny
blok układu (w naszym przypadku prostownik), nazywa się uzwojeniem pierwotnym. Jeżeli
przez uzwojenie pierwotne przepływa zmienny prąd elektryczny, wokół niego wytwarza się
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
55
zmienne pole elektromagnetyczne, które oddziałuje na uzwojenie wtórne, wskutek czego
w uzwojeniu tym indukuje się napięcie elektryczne, a jeśli jego obwód zamkniemy, popłynie
w nim prąd. O takich uzwojeniach mówimy, że są sprzężone magnetycznie.
Ze względu na budowę rozróżniamy transformator z rdzeniem ferromagnetycznym
i transformatory powietrzne. Te pierwsze mają uzwojenia transformatora nawinięte na rdzeniu
wykonanym z materiału ferromagnetycznego. Drugie zaś nie posiadają rdzenia lub jest on
wykonany z materiału nie wykazującego właściwości magnetycznych.
Zadaniem transformatora jest zmiana wartości zmiennego napięcia elektrycznego,
o której decyduje najważniejszy parametr przekładnia zwojowa. Przekładnia zwojowa
transformatora to stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego N1 do liczby zwojów
uzwojenia wtórnego N2.
N1
n =
N 2
Podstawowe parametry transformatorów podawane w katalogach elementów elektronicznych
to:
- napięcie pierwotne i napięcie wtórne,
- odchyłka wartości napięcia wtórnego,
- maksymalny prąd pierwotny i prąd wyjściowy,
- moc,
- wymiary geometryczne i masa.
Prostownik z kondensatorem filtrującym
Prostowniki dzielimy na półfalowe (jednopołówkowe) lub całofalowe (dwupołówkowe).
Taki podział zależy od tego czy napięcie podlega prostowaniu w czasie połowy swojego
okresu  wtedy mówimy o prostownikach półfalowych (jednopołówkowych), czy też w obu
półokresach, tak działające prostowniki nazywamy całofalowymi (dwupołówkowymi).
Prostownik jednopołówkowy
Najprostszy prostownik jednopołówkowy stanowi dioda prostownicza. Dioda ta
przewodzi gdy napięcie na niej jest dodatnie. Prąd płynie tylko przez pół okresu napięcia
uzwojenia wtórnego transformatora. W praktyce stosuje się prostowniki z filtrem
pojemnościowym. Jeżeli do wyjścia prostownika nie jest dołączone obciążenie RL (praca
w biegu jałowym), to kondensator C zostaje naładowany w czasie dodatniej połówki
sinusoidy napięcia u0(t) do wartości maksymalnej biegu jałowego transformatora. W czasie
ujemnej połówki sinusoidy napięcia na transformatorze, dioda nie przewodzi i jeżeli układ
prostownika zostanie obciążony rezystorem RL, to kondensator C będzie rozładowywany
przez ten rezystor tak długo dopóki nie przewodzi dioda czyli do czasu aż napięcie na wyjściu
transformatora będzie większe o UD od napięcia wyjściowego, kondensator C zostanie
wówczas ponownie naładowany do napięcia wyjściowego, którego wartość zależna jest (jak
już wiadomo) od rezystancji wewnętrznej transformatora.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
56
 a) b)
Rys. 47. Prostownika jednopołówkowy:
a) schemat b) wykresy czasowe napięcia wyjściowego Uwy oraz prądu wyjściowego Iwy [2, s. 101]
Prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza
a) b)
Rys. 48 Prostownik dwupołówkowy w układzie mostka Graetza a) schemat,
b) wykresy czasowe napięcia wjściowego Uwy oraz prądu wyjściowego Uwy [2, s. 105]
W czasie dodatniej połówki napięcia wejściowego prąd płynie uzwojenie wtórne
transformatora, przez diodę D1, obciążenie RL i diodę D3, natomiast przy ujemnej połówce
napięcia wejściowego prąd płynie uzwojenie wtórne transformatora, przez diodę D2,
obciążenie R i diodę D4. W obu przypadkach prąd przez obciążenie płynie w tym samym
kierunku i ma charakter pulsujący. Jeżeli układzie prostownika dwupołówkowego
zastosujemy filtr w postaci kondensatora C uzyskamy znacznie lepszy stosunek czasu
rozładowania kondensatora do czasu ładowania niż w układzie jednopołówkowym. Zatem
przy tym samym obciążeniu czas rozładowania kondensatora w układzie mostkowym jest
znacznie krótszy niż w układzie jednopołówkowym. Efektem tego są mniejsze tętnienia
napięcia wyjściowego.
Prostowniki dwupołówkowe w układzie mostka Graetza produkowane są w postaci
układów scalonych. Podstawowe parametry tych układów podawane w katalogach elementów
elektronicznych to:
- wartości graniczne napięcia w kierunku zaporowym URRM,
- wartości graniczne prądu w kierunku przewodzenia IF,
- wartości typowe napięcia i prądu w kierunku przewodzenia VF, IF.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
57
Stabilizatory napięcia stosuje się w celu wyeliminowania tętnień napięcia uzyskanego
z układu prostownika z filtrem. Zasadniczym elementem stabilizatora jest dioda Zenera.
Najważniejsze parametry stabilizatorów napięcia to:
- napięcie wyjściowe i jego tolerancja,
- maksymalny prąd wyjściowy i prąd zwarcia,
- minimalny spadek napięcia, który jest niezbędny do stabilizacji napięcia wyjściowego
(w katalogach to różnica napięć na wejściu i wyjściu).
Najprostszy stabilizator to tzw. stabilizator parametryczny składający się z rezystora
i połączonej z nim szeregowo diody stabilizacyjnej. Jeśli napięcie wejściowe, będzie miało
mniejszą wartość niż napięcie Zenera, dioda nie przewodzi prądu, a wartość napięcia
wyjściowego jest równa wartości napięcia wejściowego. Jeżeli natomiast napięcie wejściowe
uzyska wartość napięcia Zenera lub wzrośnie ponad tą wartość, dioda zacznie przewodzić,
a napięcie wyjściowe będzie równe napięciu Zenera.
Rys. 49. Układ stabilizatora parametrycznego [2, s. 296]
Układy stabilizatorów produkowane obecnie w postaci układów scalonych mają znaczniej
skomplikowaną i rozbudowaną konstrukcję, a ich podstawowe parametry podawane
w katalogach elementów elektronicznych to:
- maksymalne napięcie wejściowe,
- spadek napięcia,
- tolerancja napięcia wyjściowego,
- pobór prądu,
- maksymalny i minimalny prąd wyjściowy.
Układy modulatorów i demodulatorów
Modulacja to zmiana parametrów sygnału fali nośnej w takt sygnału modulującego.
Przykładem może być modulowany dz
więk syreny alarmowej, w którym zmienia się
częstotliwość generowanego przez syrenę dz
więku. Częstotliwość zmian wywołanych
modulacją jest dużo mniejsza od częstotliwości fali. Jeżeli modulowane są sygnały
sinusoidalne, to proces ten może powodować zmiany amplitudy, częstotliwości lub fazy
sygnału. W urządzenia powszechnego użytku stosuje się najczęściej modulacje amplitudy
i częstotliwości.
Demodulacja jest procesem odwrotnym do modulacji i polega na odzyskaniu z sygnału
zmodulowanego sygnału modulującego.
W procesie modulacji amplitudy (AM) proporcjonalnie do amplitudy sygnału
modulującego zmienia się amplituda sygnału modulowanego (fali nośnej).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
58
Rys. 50. Przebiegi czasowe w procesie modulacji amplitudy [1, s. 8]
Podstawowe układy modulatorów amplitudy są zbudowane z wykorzystaniem
tranzystorów bipolarnych, gdzie modulacja może odbywać się w bazie, emiterze lub
kolektorze tranzystora. W przypadku modulacji w emiterze tranzystora zależnie od zmian
napięcia modulującego zmieniane jest napięcie między bazą a emiterem tranzystora, które
powoduje zmianę kata przepływu.
Modulacja w kolektorze tranzystora polega na tym, że napięcie modulowane dodaje się
do napięcia zasilania i amplituda wypadkowego napięcia jest zmieniana zależnie od napięcia
modulującego. Najbardziej liniowa, czyli dając najmniejsze zniekształcenia jest modulacja
w kolektorze, ale wymaga ona największej mocy modulujące.
a) b)
Rys. 51. Układ modulatora amplitudy:
a) w emiterze tranzystora bipolarnego [8, 805], b) w kolektorze tranzystora bipolarnego [8, 806]
Modulacja amplitudy jest prosta w realizacji lecz jest bardzo mało odporna na zakłócenia.
Procesu demodulacji amplitudy można dokonać za pomocą elementu o charakterystyce
nieliniowej. Można do tego celu wykorzystać diody półprzewodnikowe, tranzystory (złącze
baza emiter). W praktyce jako elementów nieliniowych używa się najczęściej diod
półprzewodnikowych.
a) b)
Rys. 52. Schemat a) szeregowego detektora diodowego, b) przebieg prądy płynącego przez rezystor Ro
[1, s. 132]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
59
Prąd płynący przez rezystor Ro odpowiada dodatnim półokresom zmodulowanego
napięcia w.cz., których amplituda zmienia się w takt napięcia modulującego. Aby otrzymać
napięcie modulujące należy odfiltrować napięcie w.cz. Stosując kondensator C
o odpowiednio dobranej pojemności otrzymamy składową modulującą bez składowej w.cz.
Na rysunku rys. 58 przedstawiono schemat szczytowego detektora diodowego, na wyjściu
którego otrzymuje się napięcie modulujące i składową stałą.
a) b)
Rys. 53. Schemat detektora a) diodowego, szeregowego, szczytowego [1, s. 132], b) tranzystorowego AM
stosowanego w układzie UL 1211N [1, s. 135]
Detektor diodowy pracuje w układzie szeregowym, gdzie dioda detekcyjna jest połączona
szeregowo z obciążeniem Ro, natomiast może być stosowany również układ, gdzie dioda
detekcyjna połączona jest równolegle z obciążeniem Ro. W układzie szeregowym detektora,
obwód dla prądu stałego zamyka się przez z
ródło sygnału zmodulowanego, natomiast
w układzie równoległym prąd stały nie płynie przez z
ródło sygnału zmodulowanego.
W układzie równoległym detektora, na rezystancji obciążenia Ro występuje składowa w.cz.,
natomiast w układzie szeregowym jest ona zwierana przez kondensator C. W układzie
szeregowym detektora obciążeniem z
ródła sygnału zmodulowanego jest dioda, a w przypadku
układu równoległego z
ródło napięcia zmodulowanego jest obciążone diodą połączoną
równolegle z rezystancją Ro. Do demodulacji oprócz diod można stosować tranzystory.
Zmodulowany sygnał w złączu baza emiter jest wzmacniany przez ten sam tranzystor.
Wzmocnienie sygnału zdemodulowanego w takim układzie detektora jest mniejsze niż
w układzie, w którym proces demodulacji przeprowadza się za pomocą diody, a tranzystor
wykorzystuje się tylko do wzmacniania sygnałów zdemodulowanych. Detektory
tranzystorowe znalazły zastosowanie w scalonych detektorach AM.
W procesie modulacji częstotliwości (FM) proporcjonalnie do amplitudy sygnału
modulującego zmienia się częstotliwość sygnału modulowanego (fali nośnej).
Um.cz.
a)
t
UFSK
b)
t
Rys. 54. Przebiegi czasowe w procesie modulacji częstotliwości [12]: a) modulujący, b) zmodulowany
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
60
Układy z modulacja częstotliwościową można podzielić na dwie grupy: wąskopasmowe
 gdzie stosuje się przestrajanie generatorów kwarcowych i szerokopasmowe  gdzie stosuje
się samowzbudne generatory LC. Modulację częstotliwości można uzyskać np. przez zmianę
pojemności diody waraktorowej.
a) b)
Rys. 55 a) Schemat generatora kwarcowego 17 MHz z modulacją częstotliwości zrealizowana za pomocą diody
waraktorowej. [8, s. 824], b) Schemat generatora LC z szerokopasmową modulacją częstotliwości
zrealizowana za pomocą diody waraktorowej [8, s. 825]
Obecnie produkuje się iloczynowe (koincydencyjne, kwadraturowe) demodulatory FM
jako układy scalone. W układach tych detektorów FM sygnał z modulacją częstotliwości jest
zamieniany na sygnał z modulacją fazy, a następnie demodulowany. Układ iloczynowego
detektora FM składa się z układu mnożącego i przesuwnika fazy (rysunek 8.21). Układ
mnożący pracuje jako układ kluczujący. Sygnał demodulowany jest doprowadzony do
jednego z wejść bezpośrednio, natomiast do drugiego  poprzez przesuwnik fazy. Wartość
przesunięcia fazy między napięciem na wejściu przesuwnika fazy a napięciem na jego
wyjściu zależy od wartości chwilowej częstotliwości napięcia. Na wyjściu układu mnożącego
otrzymuje się sygnał proporcjonalny do wartości chwilowej częstotliwości demodulowanego
sygnału.
a) b)
a)
Rys. 56 a) Schemat blokowy iloczynowego demodulatora FM [1, s. 143],
b) Schemat blokowy demodulatora FM z układem pętli synchronizacji fazowej [1, s. 147]
Do demodulacji sygnałów FM można stosować układy fazowej automatycznej regulacji
częstotliwości (FARCz). Demodulowany sygnał FM jest doprowadzony do wejścia detektora
fazy układu FARCz. Jeśli częstotliwość środkowa generatora GPN jest równa częstotliwości
nośnej sygnału demodulowanego i zakres częstotliwości chwytania jest odpowiednio duży,
to układ FARCz będzie w stanie synchronizmu z częstotliwością sygnału demodulowanego,
nadążając za jego chwilowymi zmianami. Uzyskany na wyjściu detektora fazy sygnał błędu,
przestrajający GPN, stanowi, po odfiltrowaniu w filtrze dolnoprzepustowym, sygnał
wyjściowy modulujący.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
61
Zasady analogowego zapisu i odczytu dz
więku i obrazu.
W analogowych urządzeniach rejestracji czyli magnetofonach oraz magnetowidach VHS
stosuje się zapis magnetyczny sygnału obrazu i dz
więku. W obu urządzeniach zapisu dokonuje
na tej samej zasadzie się na specjalnym nośniku wykonanego z materiału o dużej przenikalności
magnetycznej, który jest umieszczony na specjalnej taśmie. Proces zapisu polega na zmienianiu
magnetycznych magnetycznego. Taśma z nośnikiem przesuwa się z jednostajna prędkością
przez specjalną głowicę będącą elektromagnesem. Rdzeń tego elektromagnesu ma szczelinę
powietrzną w obszarze, której zamyka się pole magnetyczne (strumień magnetyczny),
wywołane napięciem zapisywanego sygnału. Stykający się ze szczeliną nośnik podlega w jej
polu magnesowaniu. Przed zapisem nośnik powinien być całkowicie rozmagnesowany. W tym
celu przesuwa się pod głowica kasującą, która wielokrotnie wielokrotnie i szybko go
przemagnesowuje. Szczegóły rozwiązań technicznych zapisu oraz rodzaj taśm i nośnika
używanych w magnetofonach są różne od używanych w magnetowidach.
Rys. 57. Uproszczony schemat zapisywania i odczytywania sygnałów wizyjnych [5, s. 101]
4.7.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie układy analogowe stanowią najczęściej bloki funkcjonalne urządzeń analogowych?
2. Z jakich członów składa się zasilacz?
3. Do czego służy transformator?
4. Jakie zadanie w zasilaczu spełnia prostownik?
5. Jak klasyfikujemy prostowniki?
6. Jakie jest zadanie filtra w układzie prostownika?
7. Do czego służy stabilizator?
8. Na czym polega proces modulacji?
9. Jakie są rodzaje modulacji analogowej?
10. Jaka jest różnica pomiędzy modulacja amplitudy a modulacją częstotliwości?
11. Na czym polega proces demodulacji?
12. Jakie są zasady analogowego zapisu obrazu i dz
więku?
4.7.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Badanie prostownika jednofazowego, półfalowego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
62
Rysunek do ćwiczenia 1
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektroniczne,
2) wybrać tryb pracy oscyloskopu,
3) połączyć układ pomiarowy pomijają kondensator elektrolityczny,
4) doprowadzić na wejście układu prostownika napięcie z autotransformatora o wartości
skutecznej 12 V,
5) zaobserwować za pomocą oscyloskopu przebiegi napięć U1 oraz U2, gdy wyjście
prostownika jest obciążone jedynie rezystorem R = 1 k&!,
6) połączyć równolegle z rezystancją obciążenia kolejno kondensatory o pojemności C = 47 �F
oraz C = 220 �F i ponownie zaobserwować przebiegi napięć U1 oraz U2 dla obu przypadków,
7) sformułować wnioski,
8) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 dioda 1N4007,
 rezystor: 1 k&!,
 kondensatory elektrolityczne: 47 �F, 220 �F,
 autotransformator,
 oscyloskop dwukanałowy,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Badanie scalonego stabilizatora napięcia.
Rysunek do ćwiczenia 2
Tabela wyników pomiarów
Uwe
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
[V]
Uwy
[V]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
63
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić potrzebną aparaturę i elementy elektroniczne,
2) wybrać tryb pracy mierników,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) dokonać pomiarów napięcia wyjściowego Uwy, podając na wejście układu napięcia Uwe
zgodnie z zapisami w tabeli (ustawień wartości dokonywać za pomocą potencjometru P),
5) oszacować dokładność pomiarów i sformułować wnioski,
6) sporządzić dokumentację.
Wyposażenie stanowiska pracy:
 układ stabilizatora 78L05,
 potencjometr: 1 k&!,
 2 kondensatory: 47 �F,
 zasilacz +15 V,
 2 mierniki uniwersalne,
 zestawy układów do badań,
 materiały i przybory do pisania.
4.7.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) scharakteryzować budowę zasilacza?
2) wyjaśnić rolę jaką spełnia transformator w układzie zasilacza?
3) opisać budowę i zasadę działania prostownika jednopołówkowego?
4) narysować przebiegi napięcia wyjściowego prostownika jednopołówkowego?
5) opisać budowę i zasadę działania prostownika dwupołówkowego?
6) narysować przebiegi napięcia wyjściowego prostownika dwupołówkowego?
7) określić wpływ wartości pojemności filtra zastosowanego w układzie
prostowniczym, na kształt jego napięcia wejściowego?
8) scharakteryzować funkcję stabilizatora w układzie zasilacza?
9) narysować i scharakteryzować przykładowy przebieg czasowy napięcia
zmodulowanego amplitudowo?
10) opisać zasadę działania i narysować schemat najprostszego demodulatora
amplitudy?
11) narysować i scharakteryzować przykładowy przebieg czasowy napięcia
zmodulowanego częstotliwościowo?
12) scharakteryzować jeden ze sposobów demodulacji częstotliwości?
13) opisać zasady analogowego zapisu dz
więku i obrazu stosowana
w urządzeniach powszechnego użytku?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
64
5. SPARWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję zanim zaczniesz rozwiązywać zadania.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Test składa się z 20 zadań dotyczących obwodów prądu stałego. Zadania od nr 1 do nr 15
są z poziomu podstawowego. Zadania od nr 16 do nr 20 są z poziomu
ponadpodstawowego
4. Zadania zawierają cztery odpowiedzi, z których tylko jedna jest poprawna. Wybraną
odpowiedz
zakreśl znakiem X.
5. Jeśli uznasz, że pomyliłeś się i wybrałeś nieprawidłową odpowiedz
, to otocz ją kółkiem,
a prawidłową odpowiedz
zaznacz znakiem X.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz mógł sprawdzić poziom swojej wiedzy.
7. Jeśli jakieś zadanie sprawi Ci trudność, rozwiąż inne i ponownie spróbuj rozwiązać
trudniejsze.
8. Przed wykonaniem każdego zadania przeczytaj bardzo uważnie polecenie.
9. Odpowiedzi udzielaj tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
10. Na rozwiązanie wszystkich zadań masz 60 minut.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Przekaz
nik w układzie elektronicznym pełni rolę
a) zdalnie uruchamianego łącznika.
b) wzmacniacza.
c) filtra.
d) kompratora.
2. Głośnik charakteryzuje się między innymi
a) szybkością przełączania.
b) pasmem przenoszonych częstotliwości.
c) kątem przesunięcia fazowego.
d) czasem załączenia.
3. Poniższy symbol przedstawia
a) diodę prostowniczą.
b) diodę stabilizacyjną.
c) diodę LED.
d) fotodiodę.
4. Półprzewodnikowym elementem przełączającym jest
a) transformator.
b) kontaktron.
c) tyrystor.
d) przekaz
nik.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
65
5. Wartość rezystancji termistora
a) zmienia się ze zmianą oświetlenia.
b) jest stała w każdych warunkach.
c) zmienia się ze zmianą przyłożonego napięcia.
d) zmienia się ze zmianą temperatury.
6. Układ wspólnego kolektora posiada współczynnik wzmocnienia napięciowego równy
a) 1.
b) nieskończenie duże.
c) współczynnikowi wzmocnienia prądowego.
d) współczynnikowi wzmocnienia mocy.
7. Jakiego rodzaju sprzężenia nie wykorzystuje się przy łączeniu poszczególnych stopni
wzmacniacza wielostopniowego
a) pojemnościowego.
b) transformatorowego.
c) bezpośredniego.
d) zwrotnego.
8. Element optoelektroniczny to
a) tranzystor polowy.
b) wartystor.
c) dioda Zenera.
d) fotorezystor.
9. Rysunek przedstawia symbol
a) woltomierza.
b) rezystora.
c) termistora.
d) amperomierza.
10. Wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się
a) bardzo dużym współczynnikiem wzmocnieniem napięciowego sygnału wspólnego.
b) bardzo dużym współczynnikiem wzmocnieniem napięciowego sygnału różnicowego.
c) bardzo dużym współczynnikiem tłumienia sygnału różnicowego.
d) bardzo małym współczynnikiem wzmocnieniem napięciowego sygnału różnicowego.
11. Rysunek przestawia schemat wzmacniacza operacyjnego w układzie
a) sumatora.
b) wtórnika.
c) odwracającym.
d) nieodwracającym.
12. Generatory bistabilne
a) posiadają dwa stany równowagi stałej.
b) posiadają jeden stan równowagi stałej.
c) generują przebiegi sinusoidalnie zmienne.
d) pracują samowzbudnie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
66
13. Rysunek przedstawia charakterystykę częstotliwościową filtra
a) zaporowego.
b) pasmowego.
c) dolnoprzepustowego.
d) górnoprzepustowego.
14. Rysunek przedstawia symbol
a) tranzystora unipolarnego.
b) tyrystora,
c) tranzystora bipolarnego.
d) triaka.
15. Demodulacji amplitudy można dokonać za pomocą elementu o charakterystyce
nieliniowej
a) diody prostowniczej.
b) fotorezystora.
c) tyrystora.
d) triaka.
16. Rysunek przedstawia przykładowy przebieg czasowy napięcia
a) wyjściowego prostownika jednofazowego całofalowego z filtrem.
b) transformatora.
c) wyjściowego prostownika jednofazowego półfalowego z filtrem.
d) stabilizatora.
17. Rysunek przedstawia schemat układu
a) prostownika jednofazowego całofalowego.
b) stabilizatora parametrycznego.
c) prostownika jednofazowego półfalowego.
d) wzmacniacza jednostopniowego.
18. Rysunek przedstawia schemat układu
a) WD.
b) WB.
c) WC.
d) WE.
19. Logarytmiczny współczynnik wzmocnienia trzystopniowego wzmacniacza kaskadowego,
w którym poszczególne stopnie mają współczynniki: KU 1 [dB], KU 2 [dB], KU 3 [dB].
a) KU [dB] = KU 1 [dB] / KU 2 [dB] / KU 3 [dB].
b) KU [dB] = KU 1 [dB] �" K �" K .
U 2 [dB] U 3 [dB]]
c) KU [dB] = KU 1 [dB]  KU 2 [dB]  KU 3 [dB]].
d) KU [dB] = KU 1 [dB] + KU 2 [dB] + KU 3 [dB]].
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
67
20. Rysunek przedstawia schemat układu do badania
a) rezystancji fototranzystora.
b) fotodiody.
c) fotorezystora.
d) rezystancji warystra.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
68
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko ....................................................
Badanie i pomiary elektronicznych układów analogowych
Zakreśl poprawną odpowiedz
znakiem X.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
69
6. LITERATURA
1. Chaciński H.: Urządzenia radiowe. WSiP, Warszawa 1989
2. Chwaleba A.: Moeschke B. Płoszajski G.:Elektronika WSiP, Warszawa 1999
3. Kammerer J., Oberthur W., Zastow P. (tłumaczenie A. Rodak): Pracownia podstaw
elektrotechniki i elektroniki. WSiP, Warszawa 2000
4. Mac St., Leowski J.: Bezpieczeństwo I higiena pracy dla szkół zasadniczych. WSiP,
Warszawa 1997
5. Orzechowski J.: Podstawy techniki telewizyjnej WSiP, Warszawa 1999
6. Pilawski M.: Pracownia elektryczna dla ZSE. WSiP, Warszawa 2001
7. Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki cz. I i II WSiP, Warszawa 19997
8. Praca zbiorowa: Poradnik radioamatora cz. II Wydawnictwa komunikacji i łączności
Warszawa 1985
9. Schmid D., Baumann A., Kaufmann H., Paetzold H., Zippel B. (opracowanie
merytoryczne wersji polskiej dr inż. Olszewski M): Mechatronika REA, Warszawa 2002
10. Tietze U., Schenk CH. (tłumaczenie A. Błaszkowski): Układy półprzewodnikowe
Wydawnictwo Naukowo Techniczne Warszawa 1987
11. www.elfa.se
12. www.wikipedia
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
70