Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Laboratorium Podstaw Elektroniki
Ćwiczenie Nr : 6.	Temat ćwiczenia: Badanie wzmacniacza na tranzystorze unipolarnym.	Zespół : Palmowski Robert Pałys Mariusz Niziołek Marcin 4. Stępień Grzegorz
Data wykonania : 1997.12.01.	Ocena :	Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

1) Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadami projektowania wzmacniaczy m.cz. oraz wykreślenie charakterystyk ku =ku (f).Podczas ćwiczenia zapoznajemy się z pracą takiego wzmacniacza.

2)Schemat pomiarowy:

Parametry układu:

C=10nF lub C_s1=1μF C_s2=2μF

R₂ =166[kΩ]

R₁ =100[kΩ]

R_S =100[Ω]

R_D =6,9[kΩ]

3)Tabele pomiarowe:

a)z C_S =2[μF], C=100[nF], U_WE=100[mV]:

f	Hz	10	20	50	100	200	500	1k	2k	5k	10k	20k	50k	100k	200k	500k	1M	1,1m.
Log(f)		1	1,3	1,7	2	2,3	2,7	3	3,3	3,7	4	4,3	4,7	5	5,3	5,7	6	6,04
Uwyj	V	0,2	0,22	0,24	0,28	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,28	2,5	0,15	0,09	0,08
kU	V/V	2	2,2	2,4	2,8	3	3	3	3	3	3	3	3	2,8	2,5	1,5	0,9	0,8
kU/kU0		0,66	0,73	0,8	0,93	1	1	1	1	1	1	1	1	0,93	0,83	0,5	0,3	0,26
k=20log(ku)	dB	6,02	6,84	7,6	8,9	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	8,9	7,9	3,52	-0,9	-1,94

Obliczenia częstotliwości granicznej:

U_WYJgr=U_wyj/=0,21V f_d(U_WYJgr)=12 Hz f_g(U_WYJgr)=280 kHz

k_Ugr=k_U0/=2,12 ^V/_V

Szerokość pasma przenoszenia Δf _v =f_g-f_d=280000 - 12 =279988 Hz

b)z C_S =2[μF], C=10[nF], U_WE=100[mV]:

f	Hz	10	20	50	100	200	500	1k	2k	5k	10k	20k	50k	100k	200k	500k	1M	1,1m.
Log(f)		1	1,3	1,7	2	2,3	2,7	3	3,3	3,7	4	4,3	4,7	5	5,3	5,7	6	6,04
Uwyj	V	0,12	0,14	brak	0,24	0,26	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,26	0,15	0,1	0,08
kU	V/V	1,2	1,4	brak	2,4	2,6	3	3	3	3	3	3	3	3	2,6	1,5	1	0,8
kU/kU0		0,4	0,46	brak	0,8	0,86	1	1	1	1	1	1	1	1	0,86	0,5	0,33	0,26
k=20log(ku)	dB	1,58	2,9	brak	7,6	8,3	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	9,54	8,3	3,52	0	-1,9

Obliczenia częstotliwości granicznej:

U_WYJgr=U_wyj/=0,21V f_d(U_WYJgr)=54 Hz f_g(U_WYJgr)=280 kHz

k_Ugr=k_U0/=2,12 ^V/_V

Szerokość pasma przenoszenia Δf _v =f_g-f_d=280000 - 54 =279946 Hz

4)Wzory i przykładowe obliczenia:

a)metoda projektowania:

Projektowanie wzmacniaczy m.cz. polega na przyjęciu następujących założeń:

- U_DD= 15 V U_DS=1,5 V

- k_u -zakładamy ,że ma wynosić 10 V/V;

- przyjmujemy transkonduktancję g_m =1,43[mA/V];

R_D = k_u/g_m=7 kΩ

-zakładamy I=1,9 mA (dla U_DS=1,5 V U_GS=6 V- parametry odczytane z charakterystyki sporządzonej dla tranzystora MOS na wcześniejszym ćwiczeniu)

R_S = (U_DD -I_D *R_D -U_DS )/ I_D =105 Ω

Z powyższych równań, znając wartości Z_we, U_GS,U_DD możemy wyznaczyliśmy wartości rezystancji R₁ i R₂ :

R₁=250 kΩ

R₂=166 kΩ

5.Charakterystyki

a.) z kondensatorem C_S=1μF C=10ηF k=g(f) k=k_U/k_U0

charakterystyka k_u(dB)=g(log(f)

b.) z kondensatorem blokującym C_S=2μF C=10ηF k=g(f) k=k_U/k_U0

charakterystyka k_u(dB)=g(log(f)

5)Uwagi i wnioski:

Na podstawie wyznaczonych charakterystyk częstotliwościowych można stwierdzić, że głównym zadaniem wzmacniacza jest wzmacnianie sygnału małej częstotliwości (akustycznej).Wzmacniacz powinien być zasilany ze źródła stabilizowanego, gdyż zmiany napięcia zasilania powodują przesunięcie punktu pracy tranzystora, co może wpływać na odkształcenia wzmacnianego sygnału. Włączenie kondensatora równolegle z rezystorem źródłowym wpływa korzystnie na przenoszenie sygnału. Na wejściu w celu ustalenia punktu pracy zastosowany został potencjometryczny dzielnik napięcia zbudowany z rezystorów R1 ,R2.
Ze względu na dużą tolerancję wykonania tranzystorów polowych (dochodzącą w niektórych tranzystorach nawet do kilkudziesięciu procent),zaprojektowany przez nas wzmacniacz, parametrycznie odbiegał od rzeczywistego. Z tego też powodu wzmocnienie uzyskane przez nas wynosiło około 3[V/V].
Wzmacniacz zbudowaliśmy w układzie ze wspólnym źródłem w oparciu o tranzystor SMY-50, dla którego zmierzyliśmy następujące parametry :

-wzmocnienie napięciowe, układ zaprojektowano chcąc uzyskać wzmocnienie około 10 V/V. W zakresie pasma przenoszenia na podstawie pomiarów określiliśmy wzmocnienie na k_U=3 V/V (9,54 dB) .

-pasmo przenoszenia w zaprojektowanym wzmacniaczu zależy od kondensatora C parametrów tranzystora, w naszym układzie zastosowano kondensatory 10nF, 100 nF, spowodowało to ustalenie dolnej częstotliwości granicznej na f_d(10nF)=54Hz, f_d(100nF)=54Hz. Łatwo możemy zauważyć że wartością tej pojemności możemy regulować dolną częstotliwość graniczną. Właściwość tę wykorzystać można przy budowie filtru górnoprzepustowego Górny zakres częstotliwości jest ograniczony głównie pasmem przenoszenia tranzystora. Pasmo to wyznaczono przy 3dB spadku wzmocnienia napięciowego.

Dla otrzymanych pomiarów wykreśliliśmy charakterystyki :

k=g(f) k=k_U/k_U0

k_u(dB)=g(log(f))

Ponieważ na pierwszej charakterystyce wzmocnienie na osi jest wyskalowane liniowo, a w drugiej jest funkcją k=20 log(k_u) wykresy te różnią się od siebie, jednak na jednym jak i na drugim wykresie możemy określić f_g,f_d oraz pasmo przenoszenia.

Ponieważ pomiary były silnie zakłócone przez sieć energetyczną nie mogliśmy dokładnie określić wartości napięć międzyszczytowych szczególnie dla

małych częstotliwości.

Dla omawianego wzmacniacza sprawdziliśmy i wykreśliliśmy oscylogramy napięć wyjściowych dla częstotliwości 1kHz, 10kHz, 100kHz przy wymuszeniu prostokątnym oraz trójkątnym. Możemy zauważyć że najmniejsze zniekształcenia wzmacniacz posiada w zakresie częstotliwości średnich. W paśmie niskich i wysokich częstotliwości sygnał wyjściowy, szczególnie prostokątny, jest silnie zniekształcony.

RD

R1

C

+

wy

Generator

(PZL-1)

Zasilacz

ZT 980-4M

R2

CS

RS

-

B

A

Oscyloskop

DT 516 A

---