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