POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 9
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 9
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
2
A) Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, właściwościami podstawowego
wzmacniacza mocy klasy AB, jego charakterystykami i parametrami.
B) Program ćwiczenia
1. Wykreślenie charakterystyki dynamicznej wzmacniacza U
wy
= f(U
we
) przy f = 1 kHz
2. Wykreślenie charakterystyki częstotliwościowej (pasmo przenoszenia) U
wy
= f(f)
przy U
we
= const.
3. Pomiar zniekształceń nieliniowych w funkcji mocy h[%] = f(P
0
)
4. Określenie wzmocnienia napięciowego k
u
5. Określenie sprawności wzmacniacza w funkcji mocy wydzielanej na obciążeniu
η = f(P
0
) dla f = 1 kHz
C) Część pomiarowa
Przedmiotem badań jest układ wzmacniacza mocy klasy AB.
Rys.1. Schemat ideowy badanego wzmacniacza
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
3
1. Charakterystyki dynamiczne wzmacniacza U
wy
= f(U
we
) przy f = 1 kHz
GENERATOR
V
V
U
wy
U
we
U
Z
we
wy
T
3
R
L
U
CC
OSCYLOSKOP
we
Y
Rys. 2. Układ do zdejmowania charakterystyki dynamicznej U
wy
= f(U
we
), oraz
częstotliwościowej U
wy
= f(f)
Ustawić częstotliwość generatora na f = 1000 Hz, zmieniając wartość napięcia
wyjściowego generatora od zera do takiej wartości, gdy na obciążeniu R
0
= 10
Ω i 4,7Ω
przebieg napięcia wyjściowego obserwowany na oscyloskopie zaczyna być
zniekształcony.
Przy zmianach napięcia wejściowego U
we
należy pamiętać, że f=1kHz=const.
Wyniki zanotować w tabeli.
Tab.1
Charakterystyka dynamiczna wzmacniacza U
wy
= f(U
we
) przy f =1000 Hz = const./ R
0
= 10
Ω
U
we
[V] 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1
U
wy
[V]
k
U
Tab.1a
Charakterystyka dynamiczna wzmacniacza U
wy
= f(U
we
) przy f =1000 Hz = const. / R
0
= 4,7
Ω
U
we
[V] 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1
U
wy
[V]
k
U
Wykreślić charakterystyki U
wy
= f(U
we
) na wspólnym wykresie dla dwóch wartości R
0
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
4
2. Określenie wzmocnienia napięciowego k
u
= f(U
we
)
Określić wzmocnienie napięciowe wzmacniacza k
u
przy f = 1 kHz = const. korzystając
z charakterystyk dynamicznych wzmacniacza (p-t 1, Tab. 1a i b).
k
u
=
Uwe
Uwy
Wykreślić charakterystyki k
u
= f(U
we
) na wspólnym wykresie dla dwóch wartości R
0
3. Charakterystyki częstotliwościowe (pasmo przenoszenia) Uwy = f(f)
przy Uwe = const.
Układ do zdjęcia tej charakterystyki przedstawiono na rys 2. Napięcie generatora
ustawić na wartość U
we
= 500 mV, przy częstotliwości f = 1 kHz. Sprawdzić przy
pomocy oscyloskopu przebieg sygnału na wyjściu wzmacniacza i jeśli jest
niezniekształcony przystąpić do pomiarów.
Zmieniając częstotliwość generatora w granicach (jak w Tab. 2 i 2a) przy U
we
= 500 mV
= const, odczytywać wskazania woltomierza włączonego na wyjście wzmacniacza
jednocześnie obserwując przebieg oscyloskopowy na wyjściu wzmacniacza.
Wyniki pomiarów zanotować w tabeli.
Tab.2
Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza U
wy
= f(f) przy U
we
=500 mV = const./ R
0
= 10Ω
f
[Hz] 20 30 60 100 200 300 600 1000 2000 3000 6000 10000 20000 30000
U
wy
[V]
f
[kHz]
60
100
200
300
400
U
wy
[V]
Tab.2a
Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza U
wy
= f(f) przy U
we
=500 mV = const./ R
0
= 4,7Ω
f
[Hz] 20 30 60 100 200 300 600 1000 2000 3000 6000 10000 20000 30000
U
wy
[V]
f
[kHz]
60
100
200
300
U
wy
[V]
Wykreślić charakterystyki U
wy
= f(f) przy U
we
= const. (skala logarytmiczna)
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
5
UWAGA:
Kontrolować przebieg oscyloskopowy napięcia wyjściowego. Przebieg ma być
niezniekształcony. Na wspólnym wykresie narysować charakterystyki częstotliwościowe
wzmacniacza dla obydwu wartości R
0
. Określić na nich pasmo przenoszenia
∆f = f
g
- f
d
.
Gdzie: f
d
- dolna częstotliwość graniczna
f
g
- górna częstotliwość graniczna
Napięcie wyjściowe należy przeliczyć na dB i określić 3dB częstotliwości graniczne.
4. Pomiar zniekształceń nieliniowych w funkcji mocy h[%] = f(P
0
)
GENERATOR
V
V
U
wy
U
we
U
Z
we
wy
MIERNIK
ZNIEKSZTAŁCEŃ
NIELINIOWYCH
h [%]
T
3
R
L
U
CC
OSCYLOSKOP
Rys.3. Układ do zdejmowania charakterystyk h = f(P) przy R
0
= 10Ω i 4,7Ω
f = 1 kHz = const.
Częstotliwość generatora ustawić na f = 1 kHz. Regulując napięcie wejściowe U
we
tak, jak przedstawiono w tabeli poniżej, odczytać zniekształcenia wskazywane przez
miernik zniekształceń przy każdym U
we
oraz obliczyć P
0
i P
Z
. Kontrolować przy każdym
pomiarze wskazania oscyloskopowe. Pomiary wykonać przy dwóch wartościach
R
0
.= 10
Ω oraz 4,7 Ω
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
6
Dla R
0
= 10
Ω Tab.3
U
we
[V]
0,1 0,15 0,3 0,5 0,6 0,7 1 1,3
U
wy
[V]
h
[%]
U
Z
[V]
I
Z
[A]
P
Z
[W] I
Z
· U
Z
P
0
[W]
0
2
R
U
wy
Dla R
0
= 4,7
Ω Tab.3a
U
we
[V]
0,1 0,15 0,3 0,5 0,6 0,7 1
U
wy
[V]
h
[%]
U
Z
[V]
I
Z
[A]
P
Z
[W] I
Z
· U
Z
P
0
[W]
0
2
R
U
wy
Gdzie: U
Z
= napięcie zasilania, I
z
= prąd zasilania, P
Z
= moc dostarczona z zasilacza,
P
0
= moc na obciążeniu, R
0
= rezystancja obciążenia.
Moc wydzieloną na obciążeniu R
0
= 10Ω i 4,7Ω obliczyć z zależności
0
2
0
R
Uwy
P
=
.
Moc dostarczaną z zasilacza obliczyć odczytując prąd i napięcie z miernika
umieszczonego w zasilaczu.
UWAGA: poprosić prowadzącego o zademonstrowanie obsługi miernika zniekształceń.
Wykreślić charakterystyki h = f(P
0
) [%] na wspólnym wykresie dla obydwu wartości R
0
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
7
5. Sprawność wzmacniacza w funkcji mocy wydzielanej na obciążeniu
η = f(P
0
)
dla f = 1 kHz
Z
P
P
0
=
η
Tab.4
η = f(P
0
)
przy f =1000 Hz = const. dla R
0
= 10 Ω
P
Z
[W]
P
0
[W]
η
Tab.4a
η = f(P
0
)
przy f =1000 Hz = const. dla R
0
= 4,7 Ω
P
Z
[W]
P
0
[W]
η
gdzie: P
0
- moc wydzielana na obciążeniu
P
Z
- moc dostarczana z zasilacza
Wykreślić charakterystyki
η = f(P
0
) dla f = 1 kHz na wspólnym wykresie dla dwóch
wartości obciążenia R
0
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
8
D) Wyposażenie
Elementy układu:
Tranzystor 2N3055
1szt.
Tranzystor BC140
1szt.
Tranzystor BC560
1szt.
Tranzystor BC550
1szt.
Dioda 1N4007
4szt.
Rezystor 10 kΩ
2szt.
Rezystor 1 kΩ
1szt.
Rezystor 2,2 kΩ
1szt.
Rezystor 10 Ω
1szt.
Rezystor 4,7 Ω
1szt.
Sprzęt pomiarowy:
Cyfrowy miernik uniwersalny
2szt.
Miernik zniekształceń
1szt.
Oscyloskop dwukanałowy
1szt.
Źródła zasilania:
Zasilacz pojedynczy
1szt.
Generator funkcyjny
1szt.
Akcesoria:
Płyta montażowa
1szt.
Komplet przewodów
1szt.
E) Literatura
1. Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne cz. II. Układy analogowe nieliniowe i
impulsowe. WNT, Warszawa 1998
2. Nosal Z., Baranowski J.: Układy elektroniczne cz. I. Układy analogowe nieliniowe. WNT,
Warszawa 1998
3. Wawrzyński W.: Podstawy współczesnej elektroniki. Oficyna wydawnicza PW, Warszawa
2003
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW, WARSZAWA 2008
9
F) Zagadnienia do przygotowania
1) Klasy wzmacniaczy mocy z interpretacją graficzną.
2) Określenie pasma przenoszenia i częstotliwości granicznych.
3) Schematy i zasada pracy wzmacniaczy mocy:
- oporowy klasy A
- transformatorowy klasy A
- przeciwsobny klasy B
- z tranzystorami komplementarnymi klasy AB
4) Parametry wzmacniaczy mocy.
5) Zniekształcenia we wzmacniaczach mocy.
6) Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza mocy.