background image

Ćwiczenie 8 

 

Badanie wzmacniaczy mocy. 

1. Cel ćwiczenia 

Celem  ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi własnościami i regulacją wzmacniaczy mocy 

pracujących w klasach 2B i C. 

 

2. Wiadomości podstawowe 

Wzmacniacze mocy są takimi wzmacniaczami, których głównym zadaniem jest dostarczenie mocy do 

obciążenia. Stąd ich zasadniczymi parametrami są; maksymalna moc wyjściowa, minimalna rezystancja 
obciążenia i sprawność. Dopiero po tych parametrach następują inne jak; współczynnik zniekształceń, 
pasmo przenoszenia, rezystancja wyjściowa, wzmocnienie napięciowe i pozostałe parametry jak we 
wszystkich wzmacniaczach. W zależności od położenia punktu pracy elementu wzmacniającego, 
najczęściej tranzystora, wzmacniacze mocy dzielimy na klasy: 

• 

Klasa A - punkt pracy umieszczony pośrodku obszaru aktywnego 

• 

Klasa B - punkt pracy umieszczony na granicy obszaru aktywnego (punkt odcięcia) zwykle 
wzmacniacze te pracują w układzie przeciwsobnym, co pozwala na wzmocnienie obydwu połówek 
sinusoidy, wówczas mówimy o klasie2B 

• 

Klasa C - punkt pracy umieszczony poza obszarem aktywnym 

• 

Klasa D - tu element aktywny przełącza się między nasyceniem a odcięciem zatem jest to 
w istocie układ impulsowy najczęściej pracujący z modulacja, szerokości impulsu z częstotliwością 
impulsowania znacznie większą od maksymalnej częstotliwości sygnału, który zamierzamy 
wzmacniać 

Ponieważ sprawność wzmacniaczy klasy A wynosi maksymalnie teoretycznie 25% a w układzie 

przeciwsobnym - klasa 2A maksymalnie 50% dalej nie będziemy się nimi zajmować. Również ich 
zastosowanie w praktyce jest sporadyczne i odnosi się tylko do wzmacniaczy od których wymaga się 
szczególnie małych zniekształceń. 

Podobnie nie będą tu omawiane wzmacniacze klasy D mimo tego, że ich sprawność teoretycznie 

wynosi 100%, ze względu na ich znaczny stopień skomplikowania układowego. 

 

2.1. Wzmacniacze klasy 2B 

Podstawowe układy pracy wzmacniaczy klasy 2B o sprzężeniu bezpośrednim, spotyka się również 

wzmacniacze tu nie omawiane (zwykle lampowe) o sprzężeniu transformatorowym, przedstawiono na 
rys. 2.1. Układy te różnią się sposobem połączenia obciążenia i zasilania oraz dołączeniem masy. 

C1

C1

C2

C2

C2

C1

T2

T2

T2

T1

T1

T1

Robc

Robc

Robc

+Uz

-Uz

2Uz

2Uz

 

Rys. 2.1. Układy wzmacniaczy klasy 2B. 

 

W każdym z tych układów prąd obciążenia płynie przez pierwsze pół okresu przez tranzystor T1 

a przez  drugie  pół okresu przez tranzystor T2. W układzie a) energia jest pobierana w pierwszym 
półokresie (przewodzi tranzystor T1) z zasilacza +Uz a w drugim (przewodzi tranzystor T2) 

background image

z zasilacza -Uz. Zaletą tego układu jest możliwość pracy z zerową częstotliwością dolną o ile nie jest ona 
ograniczona przez układ sterujący pracą tranzystorów wzmacniacza. W układzie b) energia jest pobierana 
w pierwszym półokresie 

z zasilacza +2Uz i z pojemności C1 oraz ładowana jest pojemność C2 a w drugim z zasilacza 

i pojemności C2 oraz ładowana jest pojemność C1. W rezultacie energia jest pobierana z zasilacza 
w każdym półokresie zaś maksymalny prąd zasilacza jest o połowę mniejszy niż, w układzie a) nadto 
częstotliwość  tętnień napięcia zasilacza jest dwukrotnie większa (wyklucza to możliwość wzbudzenia 
wzmacniacza w wyniku niezerowej impedancji wyjściowej zasilacza). W układzie c) energia jest pobierana 
z zasilacza wyłącznie w pierwszym półokresie zaś w drugim z pojemności C1. Tym niemniej z uwagi na 
możliwość  użycia tylko pojedynczego zasilacza oraz wspólną masę zasilacza i obciążenia jest on 
najczęściej stosowany. 

 

U;I 

U

CE

 

Uz 

I

C

t

U

sat

 

Rys. 2.2. Przebiegi napięcia i prądu jednego z tranzystorów. 

 

Z przedstawionego na rys. 2.2. przebiegu napięcia na tranzystorze i schematu wzmacniacza można 

odczytać największą możliwą wartość amplitudy napięcia na obciążeniu R

obc

 stąd największa moc 

wyjściowa wzmacniacza wyniesie: 

  

(

)

( )

obc

sat

z

WY

R

U

U

P

2

2

max

2

=

 (2.1) 

W przypadku, gdy tranzystor jest wysterowany aż do nasycenia (napięcie U

sat

 jest napięciem 

nasycenia). Przy niepełnym wysforowaniu tranzystora jego minimalne napięcie jest większe a zatem  moc 
wyjściowa mniejsza. 

Każdy z dwóch tranzystorów wzmacniacza mocy klasy 2B powinien być sterowany połówką sinusoidy. 

Zwykle do tego celu wykorzystywane są diody (najczęściej diody emiterowe tranzystorów mocy). Jednak 
diody mają nieliniowe charakterystyki stąd pojawiają się, przy przejściu przez zero napięcia wyjściowego 
wzmacniacza, charakterystyczne zniekształcenia tzw. „skrośne". Przeciwdziałanie temu polega na 
niewielkim przesunięciu punktu pracy tranzystorów w obszar aktywny - mówimy wówczas o klasie 2AB. 
Przesunięcie to powoduje przepływ prądu przez tranzystory przy braku sygnału wejściowego tzw. prąd 
spoczynkowy - I

0

 co zwiększa straty mocy w tranzystorach a tym samym zmniejsza sprawność 

wzmacniacza. Stąd maksymalny prąd tranzystora możemy obliczyć z wzoru: 

  

0

max

I

R

U

U

I

obc

sat

z

+

=

 (2.2) 

a jego wartość średnią: 

 

0

max

I

R

U

U

I

obc

sat

z

ŚR

+

=

π

 (2.3) 

 

background image

stąd sprawność wzmacniacza wyniesie: 

 

z

ŚR

WY

U

I

P

max

max

2

=

η

 (2.3a) 

 
W idealnym przypadku tj. gdy napięcie nasycenia i prąd spoczynkowy są równe zeru sprawność 

wzmacniacza klasy 2B wynosi 78%. 

Przy niepełnym wysforowaniu wzmacniacza w powyższych wzorach zamiast U

sat

 należy podstawić 

wartość minimalnego napięcia na tranzystorze tzn. napięcie zasilania minus amplituda napięcia 
zmiennego. 

 

2.2. Wzmacniacze klasy C 

Jeżeli przyjrzeć się uważnie przebiegom prądu i napięcia na tranzystorze wzmacniacza w klasie 2B 

- rys. 2.2. to można zauważyć,  że duża sprawność energetyczna tego układu wynika stąd, iż prąd 
tranzystora płynie akurat wtedy, gdy napięcie na nim jest małe. Wobec powyższego, dla zwiększenia 
sprawności układu prąd płynący przez tranzystor powinien płynąć w krótszym czasie, gdy napięcie na 
tranzystorze jest jeszcze mniejsze. Jednak w tym przypadku prowadziło by to do powstania zniekształceń 
napięcia wyjściowego (zniekształcenia skrośne). Ich likwidacja podobnie jak dla wzmacniacza 
pracującego w klasie 2B prowadziła by do zmniejszenia sprawności, stąd do zmniejszenia zniekształceń 
we wzmacniaczach klasy C używa się filtru najczęściej w postaci obwodu rezonansowego LC. Typowy 
schemat ideowy wzmacniacza w klasie C przedstawiono na rys. 2.3. 

T

 

Uz

 

C1

 

Cr

 

R1

 

Robc

 

L1

 

L2

 

G

 

 

 

Rys. 2.3. Schemat ideowy typowego wzmacniacza klasy C. 

 

W układzie tym filtr stanowi obwód rezonansowy L

1

C

r

 obciążony rezystorem R

obc

 dołączonym do niego 

poprzez transformator L

1

L

2

 umożliwiający swoją przekładnią zwiększenie dobroci tego obwodu. Ujemną 

polaryzację bazy zapewnia tzw. automatyczny minus złożony z C

1

R

1

, źródła sygnału zmiennego G oraz 

diody emiterowej tranzystora. Działanie tego układu polega na tym, że kondensator C

1

  ładuje się ze 

źródła G poprzez diodę emiterową z niewielką stałą czasową zaś jego rozładowanie możliwe jest poprzez 
rezystor R

1

 ze znacznie większą stałą (powinna być ona większa od okresu sygnału). W rezultacie na 

kondensatorze C

1

 pojawia się napięcie stałe przesuwające punkt pracy tranzystora w obszar odcięcia. 

Wartość tego napięcia zależy od napięcia  źródła sygnału i rezystancji R

1

 zaś prąd kolektora i bazy ma 

kształt jak na rys. 2.4. Przyjmując, że kształt tego prądu w czasie przewodzenia tranzystora (kąt 2

Θ) da 

się opisać sinusoidą o amplitudzie I = I

m

/(1-cos

Θ). Zaś w pozostałym czasie przyjmując wartość równą 

zeru. Tak opisaną funkcję można rozłożyć na szereg Fouriera, którego współczynniki podzielone przez I

m

 

wyniosą: 

 

(

)

(

)

(

)

Θ

Θ

+

Θ

+

+

=

cos

1

1

sin

1

1

1

1

sin

1

1

1

π

n

n

n

n

n

n

A

n

 (2.4) 

background image

                                I

m

                    2θ
                               2π

 

Rys. 2.4. Przebieg prądu kolektora. 

 
Wartości tych współczynników podano na wykresie rys. 2.5. 

ra d

t e t a / p i

A 1 / (2 * A 0 )- 0 ,5

A 0

A 1

A 2

A 3

A 4

A 5

m ia n o w n ik

0

0

0 ,5

0

0

0

0

0

0

0

0 ,0 7 8 5 4

0 ,0 2 5

0 ,4 9 9 3 8 3 3 5 8

0 ,0 1 6 6 6 5

0 ,0 3 3 3 0 9

0 ,0 3 3 2 4 8

0 ,0 3 3 1 4 5

0 ,0 3 3 0 0 2

0 ,0 3 2 8 1 9

0 ,0 0 9 6 8 4 4 8 2

0 ,1 5 7 0 8

0 ,0 5

0 ,4 9 7 5 3 5 9 3 2

0 ,0 3 3 3 2

0 ,0 6 6 4 7 5

0 ,0 6 5 9 8 4

0 ,0 6 5 1 7 2

0 ,0 6 4 0 4 6

0 ,0 6 2 6 2

0 ,0 3 8 6 7 8 2 1 9

0 ,2 3 5 6 1 9

0 ,0 7 5

0 ,4 9 4 4 6 5 2 1 1

0 ,0 4 9 9 5 4

0 ,0 9 9 3 5 4

0 ,0 9 7 7 0 9

0 ,0 9 5 0 0 9

0 ,0 9 1 3 1 9

0 ,0 8 6 7 2 5

0 ,0 8 6 8 0 2 4 5 5

0 ,3 1 4 1 5 9

0 ,1

0 ,4 9 0 1 8 3 6 5 5

0 ,0 6 6 5 5 7

0 ,1 3 1 8 0 7

0 ,1 2 7 9 4 1

0 ,1 2 1 6 7 9

0 ,1 1 3 2 8 1

0 ,1 0 3 0 8 9

0 ,1 5 3 7 6 0 4 8 9

0 ,3 9 2 6 9 9

0 ,1 2 5

0 ,4 8 4 7 0 8 6 5 7

0 ,0 8 3 1 1 8

0 ,1 6 3 6 9 4

0 ,1 5 6 2 3 4

0 ,1 4 4 3 4 2

0 ,1 2 8 7 7 8

0 ,1 1 0 5 2

0 ,2 3 9 1 3 9 5 0 1

0 ,4 7 1 2 3 9

0 ,1 5

0 ,4 7 8 0 6 2 4 9

0 ,0 9 9 6 2 7

0 ,1 9 4 8 8 3

0 ,1 8 2 1 7 9

0 ,1 6 2 3 2 3

0 ,1 3 7 1 2 1

0 ,1 0 8 7 9 3

0 ,3 4 2 4 1 3 1 0 3

0 ,5 4 9 7 7 9

0 ,1 7 5

0 ,4 7 0 2 7 2 2 4 9

0 ,1 1 6 0 7 3

0 ,2 2 5 2 4 4

0 ,2 0 5 4 1 6

0 ,1 7 5 1 4 6

0 ,1 3 8 1 2 1

0 ,0 9 8 6 4 1

0 ,4 6 2 9 4 4 5 7 7

0 ,6 2 8 3 1 9

0 ,2

0 ,4 6 1 3 6 9 7 6 9

0 ,1 3 2 4 4 4

0 ,2 5 4 6 5 4

0 ,2 2 5 6 4 2

0 ,1 8 2 5 4 8

0 ,1 3 2 0 9 3

0 ,0 8 1 6 3 8

0 ,5 9 9 9 9 0 8 0 7

0 ,7 0 6 8 5 8

0 ,2 2 5

0 ,4 5 1 3 9 1 5 4

0 ,1 4 8 7 2 8

0 ,2 8 2 9 9 8

0 ,2 4 2 6 1 4

0 ,1 8 4 4 8 5

0 ,1 1 9 8 1 8

0 ,0 5 9 9 8 5

0 ,7 5 2 7 0 6 8 5 8

0 ,7 8 5 3 9 8

0 ,2 5

0 ,4 4 0 3 7 8 6 0 9

0 ,1 6 4 9 1 5

0 ,3 1 0 1 6 4

0 ,2 5 6 1 5 6

0 ,1 8 1 1 3

0 ,1 0 2 4 6 2

0 ,0 3 6 2 2 6

0 ,9 2 0 1 5 1 1 8 5

0 ,8 6 3 9 3 8

0 ,2 7 5

0 ,4 2 8 3 7 6 4 7 1

0 ,1 8 0 9 9

0 ,3 3 6 0 5 4

0 ,2 6 6 1 6

0 ,1 7 2 8 5 7

0 ,0 8 1 4 8 2

0 ,0 1 2 9 3 9

1 ,1 0 1 2 9 1 4 3 6

0 ,9 4 2 4 7 8

0 ,3

0 ,4 1 5 4 3 4 9 5 3

0 ,1 9 6 9 4 2

0 ,3 6 0 5 7 6

0 ,2 7 2 5 8 9

0 ,1 6 0 2 2 4

0 ,0 5 8 4 9 5

- 0 ,0 0 7 5 6

1 ,2 9 5 0 1 0 8 2 3

1 ,0 2 1 0 1 8

0 ,3 2 5

0 ,4 0 1 6 0 8 0 9 8

0 ,2 1 2 7 5 7

0 ,3 8 3 6 4 7

0 ,2 7 5 4 7 5

0 ,1 4 3 9 3 5

0 ,0 3 5 1 5 2

- 0 ,0 2 3 4 9

1 ,5 0 0 1 1 5 0 0 1

1 ,0 9 9 5 5 7

0 ,3 5

0 ,3 8 6 9 5 4 0 3 6

0 ,2 2 8 4 2

0 ,4 0 5 1 9 6

0 ,2 7 4 9 1 7

0 ,1 2 4 8 1

0 ,0 1 3 0 1 1

- 0 ,0 3 3 7 3

1 ,7 1 5 3 3 9 4 3 5

1 ,1 7 8 0 9 7

0 ,3 7 5

0 ,3 7 1 5 3 4 8 6 1

0 ,2 4 3 9 1 7

0 ,4 2 5 1 6 3

0 ,2 7 1 0 8

0 ,1 0 3 7 3 8

- 0 ,0 0 6 5 8

- 0 ,0 3 7 9 4

1 ,9 3 9 3 5 7 1 9 4

1 ,2 5 6 6 3 7

0 ,4

0 ,3 5 5 4 1 6 5 0 9

0 ,2 5 9 2 3 1

0 ,4 4 3 5

0 ,2 6 4 1 8 6

0 ,0 8 1 6 3 8

- 0 ,0 2 2 5 6

- 0 ,0 3 6 5 1

2 ,1 7 0 7 8 7 1 3 4

1 ,3 3 5 1 7 7

0 ,4 2 5

0 ,3 3 8 6 6 8 6 3 7

0 ,2 7 4 3 4 5

0 ,4 6 0 1 7

0 ,2 5 4 5 1 3

0 ,0 5 9 4 1 5

- 0 ,0 3 4 2 6

- 0 ,0 3 0 4 7

2 ,4 0 8 2 0 2 4 1 3

1 ,4 1 3 7 1 7

0 ,4 5

0 ,3 2 1 3 6 4 5 2

0 ,2 8 9 2 4 3

0 ,4 7 5 1 4 8

0 ,2 4 2 3 8 2

0 ,0 3 7 9 1 7

- 0 ,0 4 1 3 6

- 0 ,0 2 1 2 7

2 ,6 5 0 1 3 9 2 8 7

1 ,4 9 2 2 5 7

0 ,4 7 5

0 ,3 0 3 5 8 0 9 4 9

0 ,3 0 3 9 0 5

0 ,4 8 8 4 2 4

0 ,2 2 8 1 5 1

0 ,0 1 7 9

- 0 ,0 4 3 9 4

- 0 ,0 1 0 5 6

2 ,8 9 5 1 0 6 1 3 5

1 ,5 7 0 7 9 6

0 ,5

0 ,2 8 5 3 9 8 1 6 3

0 ,3 1 8 3 1

0 ,5

0 ,2 1 2 2 0 7

- 8 ,1 E - 1 7

- 0 ,0 4 2 4 4

5 ,8 2 E - 1 7

3 ,1 4 1 5 9 2 6 5 4

1 ,6 4 9 3 3 6

0 ,5 2 5

0 ,2 6 6 8 9 9 7 9 2

0 ,3 3 2 4 3 7

0 ,5 0 9 8 9 2

0 ,1 9 4 9 5 4

- 0 ,0 1 5 3

- 0 ,0 3 7 5 5

0 ,0 0 9 0 2 7

3 ,3 8 8 0 7 9 1 7 2

1 ,7 2 7 8 7 6

0 ,5 5

0 ,2 4 8 1 7 2 8 4 3

0 ,3 4 6 2 6 3

0 ,5 1 8 1 2 8

0 ,1 7 6 8 0 6

- 0 ,0 2 7 6 6

- 0 ,0 3 0 1 7

0 ,0 1 5 5 1 2

3 ,6 3 3 0 4 6 0 2

1 ,8 0 6 4 1 6

0 ,5 7 5

0 ,2 2 9 3 0 7 7 2 3

0 ,3 5 9 7 6 1

0 ,5 2 4 7 5 4

0 ,1 5 8 1 7 3

- 0 ,0 3 6 9 2

- 0 ,0 2 1 2 9

0 ,0 1 8 9 3 5

3 ,8 7 4 9 8 2 8 9 4

1 ,8 8 4 9 5 6

0 ,6

0 ,2 1 0 3 9 8 3 1 5

0 ,3 7 2 9 0 6

0 ,5 2 9 8 2 4

0 ,1 3 9 4 5 5

- 0 ,0 4 3 0 9

- 0 ,0 1 1 9 1

0 ,0 1 9 2 7 2

4 ,1 1 2 3 9 8 1 7 3

1 ,9 6 3 4 9 5

0 ,6 2 5

0 ,1 9 1 5 4 2 1 2 1

0 ,3 8 5 6 6 8

0 ,5 3 3 4 1 2

0 ,1 2 1 0 2 7

- 0 ,0 4 6 3 2

- 0 ,0 0 2 9 4

0 ,0 1 6 9 3 7

4 ,3 4 3 8 2 8 1 1 3

2 ,0 4 2 0 3 5

0 ,6 5

0 ,1 7 2 8 4 0 4 9

0 ,3 9 8 0 1 5

0 ,5 3 5 6 0 1

0 ,1 0 3 2 3 8

- 0 ,0 4 6 8 7

0 ,0 0 4 8 8 6

0 ,0 1 2 6 6 5

4 ,5 6 7 8 4 5 8 7 2

2 ,1 2 0 5 7 5

0 ,6 7 5

0 ,1 5 4 3 9 8 9 3 9

0 ,4 0 9 9 1 2

0 ,5 3 6 4 9 2

0 ,0 8 6 3 9 7

- 0 ,0 4 5 1 4

0 ,0 1 1 0 2 5

0 ,0 0 7 3 6 7

4 ,7 8 3 0 7 0 3 0 6

2 ,1 9 9 1 1 5

0 ,7

0 ,1 3 6 3 2 7 6 1 3

0 ,4 2 1 3 2 1

0 ,5 3 6 1 9 7

0 ,0 7 0 7 6 9

- 0 ,0 4 1 6

0 ,0 1 5 1 8 6

0 ,0 0 1 9 6 4

4 ,9 8 8 1 7 4 4 8 4

2 ,2 7 7 6 5 5

0 ,7 2 5

0 ,1 1 8 7 4 1 8 9 9

0 ,4 3 2 2 0 2

0 ,5 3 4 8 4 3

0 ,0 5 6 5 6 6

- 0 ,0 3 6 7 4

0 ,0 1 7 3 1 7

- 0 ,0 0 2 7 5

5 ,1 8 1 8 9 3 8 7 1

2 ,3 5 6 1 9 4

0 ,7 5

0 ,1 0 1 7 6 3 2 4 7

0 ,4 4 2 5 0 8

0 ,5 3 2 5 7 1

0 ,0 4 3 9 4 9

- 0 ,0 3 1 0 8

0 ,0 1 7 5 8

- 0 ,0 0 6 2 2

5 ,3 6 3 0 3 4 1 2 3

2 ,4 3 4 7 3 4

0 ,7 7 5

0 ,0 8 5 5 2 0 2 3 9

0 ,4 5 2 1 9 1

0 ,5 2 9 5 3 4

0 ,0 3 3 0 2

- 0 ,0 2 5 1 1

0 ,0 1 6 3 0 7

- 0 ,0 0 8 1 6

5 ,5 3 0 4 7 8 4 4 9

2 ,5 1 3 2 7 4

0 ,8

0 ,0 7 0 1 4 9 9 9 8

0 ,4 6 1 1 9 6

0 ,5 2 5 9 0 2

0 ,0 2 3 8 2 2

- 0 ,0 1 9 2 7

0 ,0 1 3 9 4 5

- 0 ,0 0 8 6 2

5 ,6 8 3 1 9 4 5

2 ,5 9 1 8 1 4

0 ,8 2 5

0 ,0 5 5 8 0 0 0 0 1

0 ,4 6 9 4 6 2

0 ,5 2 1 8 5 4

0 ,0 1 6 3 3 9

- 0 ,0 1 3 9 3

0 ,0 1 0 9 8 6

- 0 ,0 0 7 8 5

5 ,8 2 0 2 4 0 7 3

2 ,6 7 0 3 5 4

0 ,8 5

0 ,0 4 2 6 3 0 4 5 2

0 ,4 7 6 9 2 3

0 ,5 1 7 5 8 6

0 ,0 1 0 5

- 0 ,0 0 9 3 6

0 ,0 0 7 9 0 3

- 0 ,0 0 6 2 7

5 ,9 4 0 7 7 2 2 0 4

2 ,7 4 8 8 9 4

0 ,8 7 5

0 ,0 3 0 8 1 7 3 6 6

0 ,4 8 3 5 0 6

0 ,5 1 3 3 0 6

0 ,0 0 6 1 8 2

- 0 ,0 0 5 7 1

0 ,0 0 5 0 9 5

- 0 ,0 0 4 3 7

6 ,0 4 4 0 4 5 8 0 6

2 ,8 2 7 4 3 3

0 ,9

0 ,0 2 0 5 5 6 5 9 8

0 ,4 8 9 1 2 7

0 ,5 0 9 2 3 6

0 ,0 0 3 2 0 9

- 0 ,0 0 3 0 5

0 ,0 0 2 8 4 2

- 0 ,0 0 2 5 9

6 ,1 2 9 4 2 4 8 1 8

2 ,9 0 5 9 7 3

0 ,9 2 5

0 ,0 1 2 0 6 9 1 5 8

0 ,4 9 3 6 9 5

0 ,5 0 5 6 1 2

0 ,0 0 1 3 6 9

- 0 ,0 0 1 3 3

0 ,0 0 1 2 7 9

- 0 ,0 0 1 2 1

6 ,1 9 6 3 8 2 8 5 2

2 ,9 8 4 5 1 3

0 ,9 5

0 ,0 0 5 6 0 8 2 5 7

0 ,4 9 7 1 0 9

0 ,5 0 2 6 8 5

0 ,0 0 0 4 0 9

- 0 ,0 0 0 4

0 ,0 0 0 3 9 7

- 0 ,0 0 0 3 9

6 ,2 4 4 5 0 7 0 8 8

3 ,0 6 3 0 5 3

0 ,9 7 5

0 ,0 0 1 4 6 8 7 5 8

0 ,4 9 9 2 5 4

0 ,5 0 0 7 2

5 ,1 3 E - 0 5

- 5 ,1 E - 0 5

5 ,0 9 E - 0 5

- 5 ,1 E - 0 5

6 ,2 7 3 5 0 0 8 2 5

-0 ,1

0

0 ,1

0 ,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0

0 ,1

0 ,2

0 ,3

0 ,4

0 ,5

0 ,6

0 ,7

0 ,8

0 ,9

1

A 1 / (2 * A 0 )- 0 ,5

A 0

A 1

A 2

A 3

A 4

A 5

Θ / π

 

Rys. 2.5. Wykres wartości współczynników szeregu Fourier’a. 

 

Ponadto na wykresie umieszczono linię A

1

/2A

0

-0,5 w celu umożliwienia łatwego określenia sprawności 

wzmacniacza. 

W oparciu o współczynniki szeregu Fourier’a można łatwo napisać wzory do obliczenia mocy pobranej 

ze źródła: 

 

m

z

z

I

A

U

P

0

=

 (2.1) 

Maksymalnej mocy wyjściowej: 

 

(

)

obc

sat

z

z

m

z

sat

z

z

m

R

U

U

U

I

A

U

U

U

U

I

A

P

'

2

2

1

2

1

2

1

1

1

=

=





=

ξ

 (2.5) 

Gdzie: 

ξ - współczynnik wykorzystania napięcia; 

I -rezystancja obciążenia przeliczona na stronę pierwotną transformatora 

Sprawność: 

 

Θ

Θ

Θ

Θ

Θ

=

=

cos

sin

2

sin

2

1

2

2

0

1

ξ

ξ

η

A

A

 (2.3a) 

Uwaga: We wszystkich wzorach wartość kąta przewodzenia 

Θ powinna być wyrażona w radianach. 

 

background image

Z zamieszczonego wykresu wynika, że jednoczesne osiągnięcie maksymalnej mocy wyjściowej 

(współczynnik A

1

) i maksymalnej sprawności nie jest możliwe. Rozwiązanie kompromisowe osiąga się 

przez budowę funkcji celu np. o postaci: 

( )

l

k

P

f

1

=

Θ

η

 

Gdzie wykładniki potęgowe k i l oddają hierarchię ważności tj. czy bardziej zależy nam na sprawności 

czy też na mocy wyjściowej (najczęściej jednakowo stąd k = l = 1). Po znalezieniu maksimum tej funkcji 
możemy określić optymalną dla nas wartość  kąta przewodzenia. W większości wzmacniaczy przyjmuje 
się wartość 

Θ w granicach od 60° do 90° co daje sprawność od 70% do 80%. Niekiedy z uwagi na 

konieczność uniknięcia na wyjściu wzmacniacza nie pożądanej harmonicznej kąt przewodzenia 

Θ 

przyjmuje się tak, aby współczynnik dotyczący tej harmonicznej miał wartość zerową - patrz rys. 2.5. 
Istnieje możliwość wykorzystania wzmacniacza mocy klasy C jako powielacza częstotliwości. W tym celu 
należy dostroić obwód rezonansowy do pożądanej harmonicznej zaś  kąt przewodzenia ustawić na 
wartość, przy której współczynnik rozkładu na szereg Fourier'a dotyczący naszej harmonicznej ma 
maksimum (patrz rys. 2.5). 

 

2.3. Współpraca wzmacniacza mocy z zasilaczem 

Zwykle wzmacniacz mocy stanowi główne obciążenie zasilacza. Dotyczy to zwłaszcza przypadku 

maksymalnej mocy oddawanej do obciążenia wzmacniacza. Stąd, jeśli uwzględnimy kształt prądu 
pobieranego przez wzmacniacz, może wystąpić przeciążenie zasilacza. Ponieważ zasilacz jest zwykle 
wyposażony w układy zabezpieczające go przed przeciążeniem i jednocześnie w pojemności blokujące, 
to przy większych częstotliwościach sygnału zabezpieczenie zasilacza reaguje na wartość średnią prądu 
pobieranego przez wzmacniacz jednak przy niewielkich częstotliwościach sygnału, gdy pojemności 
blokujące nie są w stanie skutecznie uśrednić prądu wówczas należy się liczyć z możliwością reakcji 
układu zabezpieczenia zasilacza na wartość chwilową prądu. Tym samym zabezpieczenie zasilacza 
może skutecznie ograniczyć moc wyjściową wzmacniacza. 

Podobnie przy braku zabezpieczenia w zasilaczu ograniczenie mocy wzmacniacza może wystąpić 

z uwagi na spadek napięcia na impedancji wyjściowej zasilacza. 

 

3. Badanie wzmacniacza klasy 2B 
 
3.1. Regulacja wzmacniaczy klasy 2B. 

Połączyć układ jak na rys. 3.1. lub po uzgodnieniu z prowadzącym jak na rys. 2.1.b) albo rys. 2.1.c). 

Jako R

obc

 zastosować miernik uniwersalny z zestawu laboratoryjnego. Ustalić z prowadzącym napięcia 

zasilające wzmacniacz Uz w zakresie od 10V do 15V. Za pomocą woltomierza ustawić napięcia +Uz i -Uz. 
Sygnał wyjściowy generatora sterującego zmniejszyć do zera. Przy pomocy potencjometru „prąd 
spoczynkowy" nastawić minimalną wartość prądu pobieranego z zasilacza. Potencjometrem 
„symetryzacja" wyrównać napięcia na obu tranzystorach. Aby tego dokonać, należy przełączyć miernik 
R

obc

 na pracę: woltomierz prądu stałego o zakresie 10V i obserwując jego wskazania ustawić na wyjściu 

wzmacniacza napięcie 0V(dla pozostałych układów napięcie na tranzystorze powinno wynosić połowę 
napięcia zasilania - tu Uz). Regulację tą można przeprowadzić wprowadzając sygnał z generatora o takiej 
wartości, aby wystąpiły niewielkie zniekształcenia amplitudowe a następnie tak regulować 
potencjometrem „symetryzacja" aby zniekształcenie górnej połówki i dolnej były jednakowe. Przełączyć 
miernik na pracę: watomierz o zakresie 15W, 15Q. 

+15V

 0

Robc

Ulkad

GEN

sterujacy

Oscyloskop Y1

-15V

 

Rys. 3.1. Układ do badania wzmacniacza w klasie 2 B. 

background image

 

Doprowadzić do wejścia wzmacniacza sygnał sterujący (sin.-3kHz). Obserwując przebieg napięcia na 

oscyloskopie nastawić (przy pomocy potencjometru „prąd spoczynkowy") minimalną wartość prądu 
pobieranego z zasilacza, zapewniającą niezniekształcony sygnał na wyjściu wzmacniacza. W trakcie 
regulacji zniekształceń skrośnych napięcie generatora ustawić tak, aby w przebiegu wyjściowym nie 
występowały zniekształcenia powodowane nasyceniem tranzystorów wzmacniacza (obcięcie 
wierzchołków sinusoidy). 

 

3.2. Wyznaczanie maksymalnej mocy wyjściowej P

WY

 

Obliczyć maksymalną moc wyjściową P

WYmax

 z zależności (2.1) dla R

obc

 = 15, 8, 6 i 4

Ω. Usat - spadek 

napięcia na nasyconym tranzystorze - przyjąć 1V. Dla obliczonej mocy obliczyć prądy szczytowy i średni 
pobierany z zasilacza z zależności (2.2) i (2.3) gdzie I

0

 - prąd pobierany z zasilacza przy mocy wyjściowej 

równej zeru. Obliczone wartości prądów porównać z maksymalnym prądem zasilacza. Nastawić  
R

obc

=15

Ω. Zwiększać stopniowo napięcie generatora aż do wystąpienia zniekształceń amplitudowych. 

Odczytać wartość mocy wyjściowej i prądu zasilacza. Powtórzyć pomiary dla pozostałych wartości R

obc

Powtórzyć pomiary przy częstotliwości sygnału sterującego f=100Hz. 
Uwaga: W razie wystąpienia zniekształceń skrośnych lub nie symetrii powtórzyć regulację w/g punktu 3.1. 

 
 

 
 
 

3.3. Pomiar charakterystyk wzmacniacza. 

W układzie jak w punkcie 3.1, dla rezystancji obciążenia 8

Ω zdjąć charakterystykę prądu pobieranego 

z zasilacza w funkcji mocy wyjściowej. Na podstawie pomiaru obliczyć: 

• 

moc pobieraną z zasilaczy  P

zas

=2U

zas

I

ŚR

 

• 

moc strat w tranzystorach 

P=P

zas

-P

WY

 

• 

sprawność 

zas

WY

P

P

=

η

  

Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli oraz przedstawić na wykresie. 

P

WY

 [W] 

I

ŚR

 [A] 

P

zas

 [W] 

P [W] 

η [-] 

 

 

 

 

 

 

3.4. Badanie pasma przenoszenia wzmacniacza. 

W układzie jak w punkcie 3.1, dla rezystancji obciążenia 80 wyznaczyć górną i dolną częstotliwość 

przenoszenia wzmacniacza. Wartość napięcia sterującego ustawić tak, aby dla częstotliwości f

ŚR

 moc 

wyjściowa była równa połowie mocy maksymalnej. Następnie zmieniając częstotliwość generatora w górę 
lub w dół zmniejszyć moc wyjściową o 3dB (o połowę). Odczytać częstotliwość górną i dolną. 

 
4. Badanie wzmacniacza klasy C  
4.1. Regulacja wzmacniacza klasy C. 

Za pomocą woltomierza ustawić napięcie zasilacza  +15V lub inną uzgodnioną z prowadzącym, 

a następnie zasilacza ±15V na 0V. Połączyć układ wg rys.4.1. Miernik R

obc

 ustawić na pomiar napięcia 

zmiennego (zakres 10V). Zwiększając amplitudę sygnału z generatora nastawić wartość szczytową prądu 
emitera na 1A (poprzez pomiar spadku napięcia na oporniku 0,1

Ω). Ustawić wstępnie częstotliwość 

generatora na 13,5kHz. Zmieniając częstotliwość generatora ustawić prąd pobierany z zasilacza na 
minimum (maksymalne napięcie wyjściowe). Sprawdzić zgodność częstotliwości prądu emitera i napięcia 
wyjściowego. 

background image

+-15V

Robc

+15V

Oscyloskop Y1

0.1

Oscyloskop Y2

GND

 

Rys.4.1. Układ do badania wzmacniacza w klasie C

 

4.2. Wyznaczanie strat mocy w obwodzie rezonansowym.  

Po zestrojeniu układu w/g punktu 4.1. ustawić za przy pomocy generatora maksymalną wartość 

amplitudy prądu emitera. Odczytać na oscyloskopie kąt przewodzenia 

Θ (rys.3) oraz wartość amplitudy 

prądu I

m

. Obliczyć sprawność w/g zależności (2.6). Przyjąć U

sat

=1V 

W oparciu o pomiar średniej wartości prądu zasilacza l

ŚR

 obliczyć straty   mocy   w obwodzie 

rezonansowym z zależności: 

η

ŚR

zas

str

I

U

P

=

 Wartość 

η

 

obliczyć w/g wzoru (2.6) można się posłużyć 

wykresem rys. 2.5. 

 

 
 
4.3. Wyznaczanie maksymalnej mocy wyjściowej.  

Przełączyć miernik R

obc

 na pomiar mocy. Zmieniając amplitudę sygnału wyjściowego generatora 

wyznaczyć maksymalną moc wyjściową wzmacniacza dla R

obc

 = 4, 6, 8 i 15

Ω. Obliczyć wartość 

szczytową napięcia odpowiadającą uzyskanej mocy wyjściowej dla wszystkich wartości R

obc

 

4.4. Badanie sprawności wzmacniacza klasy C. 

Obciążyć wzmacniacz rezystancją  R

obc

 = 4

Ω Zmienić wartość  kąta przewodzenia poprzez zmianę 

napięcia zasilacza +15V i amplitudy sygnału wejściowego oraz doprowadzić moc wyjściową do wartości 
maksymalnej odpowiadającej założonemu kątowi przewodzenia. Na podstawie pomierzonej mocy 
wyjściowej i prądu pobieranego z zasilacza obliczyć sprawność wzmacniacza z zależności: 

ŚR

zas

str

WY

I

U

P

P

+

=

η

 

gdzie: P

str

 - straty mocy w obwodzie rezonansowym.  

Uzyskane wyniki porównać z wynikami obliczonymi w oparciu o pomierzony kąt przepływu. 
 

4.5. Badanie powielacza częstotliwości. 

Przełączyć miernik R

obc

 na pomiar napięć zmiennych. Nastawiać częstotliwość generatora na wartości 

f

rez

/n, gdzie n - krotność powielania. Najlepiej przyjąć wartość n od 2 do 5. Zmieniając amplitudę sygnału 

wyjściowego generatora i napięcie zasilacza ±15\/ tak, aby wartość maksymalna prądu emitera I

m

, była 

stała, pomierzyć wartość  kąta przewodzenia odpowiadającą maksymalnej amplitudzie napięcia 
wyjściowego. Otrzymany wynik porównać z wynikiem obliczonym z zależności: 

0

=

Θ

d

dA

n

 

lub z wynikiem odczytanym z wykresu. 

 

background image

5. Sprawozdanie.  
W sprawozdaniu należy zamieścić: 

• 

zestawienia wyników pomiarów i obliczeń dla każdego z punktów ćwiczenia, 

• 

wykresy mocy pobieranej z zasilacza, strat mocy w tranzystorach oraz sprawności wzmacniacza 
klasy 2B 

• 

wnioski wynikające z wykonanego ćwiczenia. 

 

6. Literatura. 
J. Jaczewski - Podstawy elektroniki i energoelektroniki. 
J. Pawłowski - Wzmacniacze i generatory. 
Notatki z wykładów. 

2k2

5k6

15

1k2

1k

3k3

330

2k7

2k7

6k8

1k

3k3

330

1k

82

82

10k

47k

5k6

24k

560

560

5k6

33k

2N6030

BD140

BC177

BC107

BC107

BC107

2N3630

BD139

BC107

BC107

22k

22k

82k

BC177

560p

560p

22n

470n

T

10k

100u

220u

"GND"

-15V

+15V

"GND"

Wy

We

Wy=

220u

220u

330n

 

Rys. 3.2. Schemat wzmacniacza klasy 2B z układem sterującym.