1

PRACOWNIA

UNIWERSYTET KAZIMIERZA

ELEKTRONIKI

WIELKIEGO W BYDGOSZCZY

INSTYTUT TECHNIKI

Ćwiczenie nr 4

Imię i Nazwisko

Temat ćwiczenia:

1.

2.

Badanie wzmacniacza

3.

szerokopasmowego RC

4.

Data wykonania Data oddania

Ocena

Kierunek

Rok studiów

Grupa

2

Ćwiczenie nr 4 Badanie wzmacniacza szerokopasmowego RC

1. Przyrządy : Badany układ ;

Zasilacz ;

Generator przebiegów sinusoidalnych ;

Oscyloskop dwukanałowy ;

Dwa przewody z wtyczkami bananowymi do zasilania ;

Dwa przewody koncentryczne ze złączami BNC i wtyczkami bananowymi ; Przewód koncentryczny ze złączami BNC ;

Trójnik BNC .

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i działania tranzystorowego wzmacniacza szerokopasmowego RC z pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego.

3. Opis układu

Układ jest zbudowany przy użyciu tranzystora BC 211. W obwodzie bazy znajdują się rezystory R1 i R2, w obwodzie kolektora rezystor R C i w obwodzie emitera rezystor RE. Sygnał

wejściowy jest podawany przez kondensator elektrolityczny 22 µF. Emiter jest blokowany za pomocą kondensatora elektrolitycznego 100 µF. Dla celów dydaktycznych we wzmacniaczu zastosowano klucz K. W warunkach normalnej pracy wzmacniacza klucz ten jest zamknięty .

• Obejrzeć uważnie wzmacniacz i zidentyfikować jego elementy składowe i połączenia pomiędzy nimi. Zwrócić uwagę na sposób opisu rezystorów : rezystor R2 ma napis 2K2 co oznacza rezystancję 2,2 kΩ. Podobnie, rezystor RE ma napis K27, co oznacza rezystancję 0,27 kΩ.

Rezystor kolektorowy jest opisany za pomocą kodu barwnego.

3

• Rozkład napięć stałych i prądów w obwodzie – teoria

Rozważmy sytuację, gdy włączone jest zasilanie UCC , ale na wejście nie podany jest sygnał.

Przez rezystory R1 i R2 płynie prąd. Rezystory te stanowią oporowy dzielnik napięcia, który doprowadza część napięcia UCC do bazy. Pod wpływem tego napięcia płynie prąd bazy. Prąd bazy IB wywołuje przepływ prądu kolektora IC i emitera IE. Na rezystorach RC i RE pojawiają się spadki napięć. Ilościowo można to opisać następująco :

R2

U

R1 + R2

B = UCC

UE = UB – 0,6V

(aby mógł płynąć prąd bazy, napięcie na bazie musi być wyższe od napięcia na emiterze o około 0,6V.) .

U

I

E

E = RE

Traktując tranzystor jako węzeł prądowy można napisać :

IB + IC = IE

Ponieważ IB << IC , IE ≈IC , zatem , U

R2

U

− 0,6V

I

E

CC R + R

C ≈

=

R

1

2

E

RE

Z powyższego wzoru wynika, że prąd kolektora zależy od napięcia zasilania UCC i rezystorów R1, R2 i RE. We wzorze nie występuje rezystor RC. Zatem, wbrew intuicji prąd kolektora nie zależy od rezystora kolektorowego RC ! Nie zależy też od tranzystora, tzn. od jego parametrów (np. współczynnika prądowego β), które są silnie zależne od temperatury. Rezystancja rezystorów nie zależy od temperatury, a zatem i prąd kolektora w opisanym układzie nie zależy od temperatury.

Prąd kolektora IC wywołuje spadek napięcia na rezystorze kolektorowym RC :

∆URC = IC RC

Dlatego napięcie na kolektorze jest niższe od napięcia zasilania o ten spadek : UC = UCC - ∆URC

4. Pomiar napięć stałych

• Włączyć zasilacz i nastawić napięcie 12 V. Doprowadzić to napięcie do zacisków zasilania wzmacniacza. Jeden z przewodów z wtyczkami bananowymi użyć do połączenia ujemnego bieguna zasilacza z gniazdkiem masy ⊥ a drugi przewód – do połączenia dodatniego bieguna zasilacza z gniazdkiem + 12 V .

• Włączyć oscyloskop. Uruchomić tylko kanał A, przełącznik DC, wartość 2V/DIV, zero na dole ekranu. Wejście wzmacniacza pozostawić otwarte i w tych warunkach zmierzyć napięcie stałe

4

na zasilaniu kolektora, bazie i emiterze. Dla zwiększenia dokładności przy pomiarze napięć na bazie i emiterze zwiększyć czułość oscyloskopu do 1V/DIV lub 0,5V/DIV .

Wyniki zebrać w tabeli 1.

Tabela 1. Napięcia stałe na bazie, emiterze i kolektorze

Punkt pomiarowy

Napięcie obliczone [V]

Napięcie zmierzone [V]

Baza - UB

Emiter - UE

Kolektor – UC

5. Pomiar współczynnika wzmocnienia przy zamkniętym kluczu K

UWAGA! Oscyloskop, generator i zasilacz łączyć do tego samego rozgałęźnika sieciowego. W

przeciwnym wypadku mogą wystąpić zakłócenia sieciowe na poziomie 10 mVss.

• Włączyć generator. Nastawić częstotliwość 1 kHz i zakres napięcia kilkadziesiąt mV .

• Do wejścia oscyloskopu, za pomocą trójnika dołączyć dwa przewody koncentryczne. Jednym z nich doprowadzić sygnał do kanału A oscyloskopu, drugim – do wejścia wzmacniacza .

• W kanale A oscyloskopu nastawić przełącznik w pozycję AC (Alternative Current – napięcie zmienne), czułość 10 mV/DIV. W generatorze podstawy czasu nastawić przełącznik SOURCE

w pozycję INT. Dobrać odpowiednią prędkość podstawy czasu przełącznikiem TIME/DIV, poziom wyzwalania pokrętłem LEVEL i obserwować sygnał .

• Za pomocą pokrętła regulacji amplitudy generatora nastawić sygnał wejściowy U1 = 20 mVss (napięcie międzyszczytowe) .

• Uruchomić kanał B oscyloskopu. Przełącznik w pozycji AC, czułość 1V/DIV. Do wejścia kanału B doprowadzić sygnał z wyjścia wzmacniacza – punkt pomiarowy C. Zmierzyć wartość międzyszczytową sygnału wyjściowego U2 .

• Wyliczyć współczynnik wzmocnienia napięciowego ze wzoru :

k = U2/U1 =

• Sporządzić wspólny oscylogram napięcia wejściowego i wyjściowego. Zwrócić uwagę na odwrócenie fazy. Zaznaczyć skalę napięciową i czasową .

6. Pomiar współczynnika wzmocnienia w funkcji częstotliwości

Powtórzyć pomiary współczynnika wzmocnienia dla częstotliwości podanych tabeli 2

5

Tabela 2. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza:

Ustawić: Ucc = 12 V, U1 = 20 mVss

f

kHz

0.02

0.05

0.1

1.0

2.0

10

100

300

500

800

bez

U2

USZ

Ku

U2/U1

z USZ

U2

Ku

U2/U1

7. Obserwacja skutków przesterowania wzmacniacza

• W kanale B przełącznik ustawić w położenie DC, czułość 2V/DIV, zero na dole ekranu. Kanał

ten użyć do obserwacji sygnału wyjściowego przy różnych amplitudach sygnału wejściowego.

Jeżeli sygnał wejściowy jest mały, to sygnał wyjściowy nie jest zniekształcony. Pojawia się on na tle składowej stałej napięcia około 7 V. Jeżeli sygnał wejściowy jest duży, to sygnał

wyjściowy ulega zniekształceniu. Dodatnie i ujemne połówki sinusoidy ulegają obcięciu.

Obcięcie od góry następuje na poziomie napięcia zasilania UCC. Wtedy tranzystor nie przewodzi

– zachowuje się jak otwarty klucz. Przez rezystor kolektorowy nie płynie prąd i na jego obydwu końcach panuje napięcie równe napięciu zasilania. Obcięcie od dołu następuje na poziomie napięcia stałego na emiterze UE. Wtedy tranzystor przewodzi największy prąd – zachowuje się jak zamknięty klucz .

• Zmieniając wartości napięcia wejściowego U1 odczytać i wpisać w tabelę 3 wartości napięcia wyjściowego U2.

Tabela 3. Pomiar charakterystyki przenoszenia wzmacniacza

U1

mV

0

20

30

50

60

80

100

150

U2

V

8. Pomiar współczynnika wzmocnienia przy otwartym kluczu K

• Otworzyć klucz K i obserwować sygnały na bazie, emiterze, kolektorze. Drastyczny spadek współczynnika wzmocnienia jest skutkiem ujemnego sprzężenia zwrotnego, które ma miejsce wtedy, gdy kondensator emiterowy 100 µF jest odłączony. Składowe zmienne prądu emitera płynąc przez rezystor emiterowy sprawia, że na emiterze pojawia się sygnał prawie taki sam jak

6

na bazie (wtórnik emiterowy). Różnica napięć na bazie i emiterze, która faktycznie steruje prądem tranzystora jest bardzo mała. Skutek – znaczny spadek współczynnika wzmocnienia .

• Wyznaczyć współczynnik wzmocnienia : k = U2/U1. Wyniki wpisać do tabeli 2.

9. Opracowanie

Opracowanie powinno zawierać :

1. Wykres U2 = f(U1) – tabela 3. Na jego podstawie ustalić zakres wzmocnienia liniowego (Uwemin – Uwymax)

2. Wykresy współczynnika wzmocnienia napięciowego Ku = f(f) – tabela 2. Przedstawić wykresy dla układu bez USZ i z USZ. Na podstawie sporządzonych wykresów wyznaczyć metodą graficzną pasmo przenoszenia wzmacniacza.

3. Wnioski i spostrzeżenia dotyczące przeprowadzonych badań oraz otrzymanych wyników.

Document Outline

• Układ jest zbudowany przy użyciu tranzystora BC 211. W obwodzie bazy znajdują się rezystory R1 i R2, w obwodzie kolektora rezystor R C i w obwodzie emitera rezystor RE. Sygnał wejściowy jest podawany przez kondensator elektrolityczny 22 F. Emiter jest blokowany za pomocą kondensatora elektrolitycznego 100 F. Dla celów dydaktycznych we wzmacniaczu zastosowano klucz K. W warunkach normalnej pracy wzmacniacza klucz ten jest zamknięty .
• UB = UCC
• UE = UB – 0,6V
• (aby mógł płynąć prąd bazy, napięcie na bazie musi być wyższe od napięcia na emiterze o około 0,6V.) .
  • Traktując tranzystor jako węzeł prądowy można napisać :
  • IB + IC = IE