TRANZYSTOR W UKŁADZIE WZMACNIACZA OE

1.

PARAMETRY

MAŁOSYGNAŁOWE

TRANZYSTORA

(WKŁADKA

DN011A)

:

Układ badany składa się z tranzystora bipolarnego T, opornika kolektorowego R

C

oraz opornika

R

g

, reprezentującego rezystancję wewnętrzną źródła sygnału (rys. 1a). Rodzaj źródła sygnału e

G

(t)

zależy od przeprowadzanego eksperymentu. Przy obserwacji statycznej charakterystyki przejściowej
układu badanego, do gniazda „wejście 1” doprowadza się napięcie trójkątne z wkładki charakterogra-
ficznej SN7212. Przy pomiarach wzmocnienia źródłem sygnału wejściowego może być generator
skoku napięcia (wkładka SN1011), który umożliwia wysterowanie układu badanego niewielkim przy-
rostem napięcia

∆E

G

względem składowej stałej E

G

(rys. 1b). Zarówno amplituda przyrostu

∆E

G

jak i

poziom stały E

G

mogą być regulowane.

a)

DN011A

+ 5 V

R

c

1k

T

BC 546B

R

g

10k

WE 1

e

G

(t)

WY

WE 2

b)

∆

E

G

t

e

G

E

G

t

0

Rys. 1. (a) Elementarny układ wzmacniający z tranzystorem bipolarnym (wkładka DN011A). Źródło
e

g

(t) dołączane jest z zewnątrz. (b) Kształt e

g

(t) przy pomiarach wzmocnienia (SN1011).

1.1 Pomiar statycznej charakterystyki przejściowej

Obejrzeć na ekranie i przerysować do sprawozdania
charakterystykę przejściową u

WY

= f(u

WE1

) układu. Dla

przejrzystości charakterystyka ta powinna być obserwo-
wana i narysowana w zakresach współrzędnych:
x=u

WE

1

∈(-0,2 V; 1,8 V); y=u

WY

∈(0 V; 5 V), tzn. przy

czułości odchylania toru X równej 0,2 V/cm, zaś toru Y
równej 1 V/cm (podstawa czasu 200kSa/s). Schemat
układu pomiarowego przedstawiono na rys. 2 lub

(

•)

.

WE 1

WE 2

WY

WY

DN 011A

SN 7212

X

Y

Ch1

A

Ch2

B

tryb X-Y

układ

badany

wkładka charakterograficzna XY

Rys.2

W sprawozdaniu, w polu charakterystyki wrysować asymptoty obowiązujące w różnych zakresach
napięcia wejściowego i podać ich równania. Wyznaczyć wartość współczynnika wzm. prądowego

β

.

1.2. Pomiar parametrów małosygnałowych

Stosując generator skoku napięcia (wkładka SN1011 rys.1b) wyznaczyć parametry małosygnałowe
tranzystora w różnych punktach pracy określonych wartościami napięcia U

WY

= 4,7, 4,2, 3,7…1,2, 0,7,

0,2V. Amplitudę przyrostu napięcia

∆E

G

dobrać tak aby odpowiadająca mu zmiana napięcia

∆U

WY

nie

przekroczyła 0,2V. Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w Tablicy 1. Napięcia E

G

, U

WE

2

i U

WY

mie-

rzyć woltomierzami napięcia stałego o rozdzielczości co najmniej 4 cyfr.

Tablica 1. Parametry małosygnałowe tranzystora w różnych punktach pracy

punkt pracy

parametry małosygnałowe

E

G

U

WE

2

U

WY

I

C

∆

∆

∆

∆E

G

∆

∆

∆

∆U

WE

2

(=

∆

∆

∆

∆U

BE

)

∆

∆

∆

∆U

WY

∆I

B

∆I

C

h

11

h

21

g

m

4,7V

:

2

0,2V

() wielkość mierzone

() wielkość obliczane na podstawie pomiarów - parametry małosygnałowe należy obliczyć na podsta-
wie ich definicji, jako stosunek odpowiednich przyrostów napięć/prądów.

W sprawozdaniu zamieścić tabelę pomiarową, narysować małosygnałowy schemat zastępczy układu z
Rys.1 (a), podać wzory obliczeniowe parametrów małosygnałowych, sporządzić wykresy h

11

, h

21

, g

m

w funkcji prądu kolektora i porównać je z wartościami katalogowymi tranzystora. Wykres h

11

(I

c

) spo-

rządzić w skali półlogarytmicznej. Wykres g

m

(I

c

) aproksymować równaniem g

m

= I

c

/(

ηU

T

) i wyzna-

czyć wartość współczynnika

η

(sprawność złącza).

2.

WZMACNIACZ

PASMOWY

WE

(OE)

(WKŁADKA

DN011B)

Schemat jednostopniowego tranzystorowego wzmacniacza OE przedstawiono na rys. 3. Prąd emitera
tranzystora T określony jest przez rezystory R

1

, R

2

, R

E

i wynosi około 0,8 mA. Element R

g

reprezentu-

je rezystancję wewnętrzną źródła sterującego, zaś R

0

− rezystancję obciążenia. Elementy R

C

i C

2

są

wmontowywane do układu przez wykonującego ćwiczenie po obliczeniu ich wartości wg podanych w
Tablicy 2 założeń projektowych.

R

0

100k

C

E

220

µ

F

R

E

3,3k

WY

C

2

R

C

+ 15V

T

BC 546B

R

1

330k

WE 1

R

g

=10k

WE 2

C

1

1,5

µ

F

R

2

100k

Rys. 3. Schemat ideowy jednostopniowego wzmacniacza pasmowego

2.1 Obliczenia projektowe
Obliczyć takie wartości elementów R

C

i C

2

wzmacniacza przedstawionego na rys. 3, aby napięciowe

wzmocnienie skuteczne k

us

0

oraz dolna częstotliwość graniczna tego układu były równe wartościom

określonym w Tablicy 2. Można wybrać dowolną kombinację wartości k

us

0

oraz f

d

3dB

. Do obliczeń

przyjąć podane na schemacie nominalne wartości innych elementów układu oraz wartości parame-
trów małosygnałowych tranzystora w p.p. I

c

= 0.8mA – wybrać odpowiednie wartości z Tablicy 1.

W sprawozdaniu zamieścić schematy ideowy i małosygnałowy wzmacniacza, podać wzory projekto-
we i obliczone wartości elementów.

Tablica 2. Wartości wzmocnienia skutecznego i dolnej częstotliwości granicznej wzmacniacza

zespół

1

2

3

4

5

6

|k

us

0

|,V/V

10

20

30

40

50

60

f

d

3dB

, Hz

25

30

50

100

150

200

2.2. Pomiar wzmocnienia
Po wmontowaniu elementów należy zmierzyć wzmocnienie k

us

zaprojektowanego wzmacniacza w

konwencjonalny sposób, tzn. mierząc napięcia składowej zmiennej na wejściu (WE1) i wyjściu
wzmacniacza.

3

Do pomiaru napięć

1

we

u

i

wy

u

(sygnały zmienne) można użyć

a)

oscyloskop cyfrowy z funkcją pomiaru napięć zmiennych lub

b)

woltomierz prawdziwej wartości skutecznej ("true rms") napięcia zmiennego o szerokim

zakresie częstotliwości mierzonych napięć

Należy zmierzyć charakterystyką amplitudową wzmacniacza |k

us

( f )| szerokim zakresie często-

tliwości.

W sprawozdaniu należy:
•

narysować zmierzoną charakterystykę w formie: |k

us

| w dB, f w Hz - skala logarytmiczna,

•

zestawić w tabeli wartości |k

us

0

| i f

d

3Db

wyznaczone w pomiarach z wartościami założonymi w pro-

jekcie. Podać możliwe przyczyny ewentualnych niezgodności,

•

podać wzory i wartości częstotliwości załamania cha-ki odpowiadających stałym czasowym zwią-

zanych z pojemnościami C

1

, C

2

, i C

E

i określić teoretyczną wartość dolnej częst. granicznej.

2.3. Wymiana pasma na wzmocnienie
Dla różnych wartości opornika R

C

z zakresu (0,5 - 12k

Ω) zaobserwować zjawisko wymiany pasma na

wzmocnienie. Eksperymentalnie określić położenie środka pasma (napięcie wyjściowe nie zmienia się
przy zmianie częstotliwości) i wyznaczyć wartość k

us

0

. Pomiaru pasma (górna cz. graniczna) dokonać

korzystając ze wskaźnika poziomu napięcia wyjściowego SN6011, który należy wysterować napię-
ciem wyjściowym. Poziom 0 dB na wskaźniku powinien być ustawiony przy środkowej częstotliwości
pasma. Pomiaru pasma dokonuje się przestrajając generator w kierunku większych częstotliwości, aż
do uzyskania spadku napięcia wyjściowego o 3 dB. Zmierzone wartości górnej częstotliwości gra-
nicznej f

g

i wzmocnienia w środku pasma k

us

0

umieścić w tabeli. Obliczyć pole wzmocnienia B =

f

g

k

us

0

. (Uwaga: aby najlepiej zapewnić warunki małosygnałowej pracy wzmacniacza, należy ustawić

największą czułość wskaźnika SN6011. Dzięki temu wzmacniacz może być wysterowany możliwie
najmniejszym sygnałem w danych warunkach pomiarowych).

W sprawozdaniu zamieścić tabelę po-

miarową

R

C

|k

us

0

|

f

g3dB

B

oraz wykres zależności B(R

c

).

2.4. Obserwacja przebiegu napięcia wyjściowego przy przesterowaniu wzmacniacza
Zaobserwować na oscyloskopie zniekształcenia sygnału wyjściowego, wynikające z przesterowania
wzmacniacza, powstające wskutek podania na jego wejście sygnału o zbyt dużej amplitudzie.

Obser-

wowany przebieg napięcia naszkicować w sprawozdaniu.

Ustalić częstotliwość w środku pasma (np.

1 kHz) a następnie zmierzyć współczynnik zniekształceń nieliniowych h w funkcji amplitudy sygnału
wyjściowego.

W sprawozdaniu umieścić zależność h(

wy

u

). Wyjaśnić kształt napięcia na wyjściu wzmacniacza pra-

cującego w warunkach przesterowania oraz przebieg zależności h(

wy

u

). W tym celu w układzie

współrzędnych I

C

(U

CE

) narysować statyczną i dynamiczną prostą pracy. Zaznaczyć punkt pracy tran-

zystora i oszacować maksymalną wartość napięcia wyjściowego nie podlegającego zniekształceniom.

3.

WYKAZ

APARATURY

POMOCNICZEJ

− wkładka charakterograficzna XY dwukanałowa

SN7212,

− generator skoku napięcia

SN1011

− generator sinusoidalny przestrajany

SN2013,

− woltomierze ac „true rms” (2szt.)

np. Agilent, HP seria 34…,

− oscyloskop
− miernik zniekształceń nieliniowych
− trójnik BNC (2 szt), kabel zasilania wkładki