L A B O R A T O R I U M P O D S T A W E L E K T R O N I K I I M E T R O L O G I I
Podstawowe układy
4A
pracy tranzystora bipolarnego
Ćwiczenie opracował Jacek Jakusz
wyjściową mierzy się wykorzystując dodatkowy rezystor RL '
1. Wstęp włączany równolegle z rezystancją obciążenia RL
wzmacniacza, którą w badanych układach jest rezystancja
Ćwiczenie umożliwia pomiar i porównanie parametrów
podstawowych konfiguracji pracy tranzystora bipolarnego. Są
Rout
wejściowa bufora RBUF. Należy nacisnąć przycisk i
to kolejno:
zanotować napięcie wyjściowe. Dokładny opis pomiaru Rout
A - układ wspólnego emitera (CE),
B - układ wspólnego emitera z niebocznikowaną
znajduje się w części teoretycznej.
rezystancją w emiterze (CE-RE),
2.2. Zmierzyć amplitudową charakterystykę częstotliwościową
D - układ wspólnej bazy (CB).
w zakresie wszystkich trzech układów.
Poszczególne konfiguracje wybiera się przy pomocy
przełącznika obrotowego, który poprzez przekaz
niki przełącza
układy. Poszczególne układy wykonane są w ten sposób by
3. Opracowanie wyników
zapewniały identyczne warunki zasilania tranzystorów.
Różnice pomiędzy parametrami wzmacniaczy wynikają więc
1) Wykreślić zmierzone charakterystyki na osobnych
głównie z różnych konfiguracji pracy tranzystora, co umożliwia
wykresach. Oś pionowa powinna być wzmocnieniem
jakościowe porównanie układów. Dla uniezależnienia się od
wyrażonym w mierze logarytmicznej tj. 20log10 | Ku | , oś
parametrów przyrządów pomiarowych oraz jakości połączeń,
pozioma (częstotliwość sygnału pomiarowego) powinna być
każdy ze wzmacniaczy ma wbudowany wejściowy i wyjściowy
logarytmiczna.
bufor o wzmocnieniu jednostkowym.
2) Obliczyć teoretycznie:
W ramach ćwiczenia wykonuje się pomiary: wzmocnienia
w środku pasma przepustowego, rezystancji wejściowej oraz � punkty pracy tranzystorów,
wyjściowej, dolnej oraz górnej 3dB-owej częstotliwości
� wzmocnienie małosygnałowe vwy/vwe,
granicznej a także amplitudowej charakterystyki
� rezystancję wejściową i wyjściową.
częstotliwościowej poza pasmem przepustowym
Wyniki obliczeń należy umieścić w tabeli w protokole
wzmacniacza.
pomiarowym. Porównać wyniki obliczeń z wynikami pomiarów
Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy zapoznać
z punktów 2.1 i 2.2.
się z jego przebiegiem (podstawowe informacje
3) Zamieścić własne wnioski i spostrzeżenia. Porównać układy
zamieszczono w niniejszym opracowaniu). Prowadzący
pomiędzy sobą, a także skomentować zgodność obliczeń z
ma obowiązek sprawdzić przygotowanie do ćwiczenia.
pomiarami.
2. Pomiary
4. Teoria (dla zainteresowanych)
W ćwiczeniu wykonane są cztery wzmacniacze oznaczone
2.1. Dla każdego z układów A, B, i D (dla układów A i B przyjąć
literami A-D Wszystkie układy posiadają wbudowane bufory
f = 50 kHz , natomiast dla układu D przyjąć f = 150 kHz ):
wejściowy i wyjściowy. Bufory te są identyczne a ich parametry
przedstawia poniższa tabela:
a) zmierzyć dolną i górną 3-decybelową częstotliwość
fL3dB , fH 3dB
graniczną ( ). Pomiar należy wykonać w
Parametr Jednostki Wartość
następujący sposób:
Wzmocnienie V/V 1
- ustawić wartość skuteczną napięcia sygnału wejściowego
1
RBUF M �
dla układu: AH"2.0mV, BH"10mV, CH"7mV tak, aby na Rezystancja wejściowa
wyjściu badanego układu uzyskać Vwy=300mV.
H"0
R0 BUF �
Rezystancja wyjściowa
- zmniejszać (dla pomiaru częstotliwości granicznej dolnej)
pF 20
CBUF
lub zwiększać (dla pomiaru częstotliwości granicznej Pojemność wejściowa
górnej) częstotliwość sygnału wejściowego aż do
Częstotliwość graniczna MHz 4
uzyskania napięcia wyjściowego równego
Dla każdego tranzystora z układów A-D, punkty pracy należy
Vwy = 300mV / 2 H" 212mV , uzyskana wartość jest
wyznaczyć przy założeniu, że prąd stały bazy IB jest
odpowiednią częstotliwością graniczną.
pomijalnie mały oraz, że napięcie baza-emiter VBE jest stałe i
wynosi 0.7V
b) Określić częstotliwość środkową f0 = f �" f i
L3dB H3dB
Cź
zmierzyć wzmocnienie w środku pasma Ku f0 ,
( )
Cź
B C B C
Ku = Vwy /Vwe .
vĄ re ąie
c) Zmierzyć rezystancję wejściową Rin (sygnał wejściowy o
rĄ CĄ gmvĄ CĄ
odpowiedniej częstotliwości, amplituda 300mV). Rezystancję
ie
wejściową mierzy się wykorzystując dodatkowy rezystor RS'
E E
włączony szeregowo z rezystancją wewnętrzną generatora RS.
Rys. 1. Małosygnałowe schematy zastępcze typu  i
Rin
Należy nacisnąć przycisk i zanotować napięcie wyjściowe.
typu T tranzystora bipolarnego.
Dokładny opis pomiaru Rin znajduje się w części teoretycznej.
W analizie małosygnałowej należy przyjąć VT=25mV. Dane
d) zmierzyć rezystancję wyjściową Rout (sygnał wejściowy o
tranzystora BC237: � =160, Cź =4.5pF, fT=150MHz.
odpowiedniej częstotliwości, amplituda 300mV). Rezystancję
4-2
Parametry modelu małosygnałowego:
Rin
vĄ = vs (7)
IC � � rĄ
Rin + RS
gm = rĄ = ą = re =
VT gm � + 1 � + 1
v0 Rin
=- gm(Rc||RBUF )
(8)
gm
vs Rin + RS
CĄ = - Cź
2Ą �" fT
Wysokie częstotliwości:
Częstotliwość graniczna górna wyznaczona jest w oparciu o
4.1 Układ A:
stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami
pasożytniczymi tranzystora. Stałe te liczy się dla danej
Jest to wzmacniacz w konfiguracji wspólnego emitera (CE).
pojemności pasożytniczej przy założeniu, że pozostałe
pojemności pasożytnicze stanowią rozwarcie.
Rys. 5. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w
układzie CE z rys. 2 dla wyznaczenia górnej
częstotliwości granicznej.
Rys. 2. Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnego
emitera (CE).
stałe czasowe:
korzystając z tw. Millera można zamienić pojemność C
4.1.1 Punkt pracy

liczony jest przy zaniedbaniu prądu bazy: tranzystora na pojemności CM1 i CM2.
v0
K = = -gmRC ||RBUF (9)
vĄ
CM1 = Cź (1- K) (10)
1
CM 2 = Cź �#1- ś# (11)
ś# ź#
�# #
K
Następnie wyznaczamy stałe czasowe związane z
poszczególnymi pojemnościami:
�H1 = (CM1 + CĄ )(RS ||Rin ) (12)
Rys. 3. Schemat obwodu do liczenia punktu pracy.
� = (CM 2 + CBUF )(RC ||RBUF ) (13)
H2
Przybliżona wartość górnej częstotliwości granicznej jest
RB2
określona wzorem:
VB = VCC (1)
1
RB1 + RB2
f H"
(14)
H3dB
2Ą �" (� + � )
H1 H2
VB -VBE
IC H" (2)
RE
Niskie częstotliwości:
Częstotliwość graniczna dolna wyznaczona jest w oparciu o
VCE = VCC - (RC + RE )IC (3)
stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami
sprzęgającymi lub bocznikującymi (licząc stałe czasowe dla
4.1.2 Analiza małosygnałowa: każdej z pojemności, pozostałe należy traktować jako
zwarcie). Pojemności pasożytnicze tranzystora traktuje się
Środek pasma: jako rozwarcia.
Zastępczy schemat małosygnałowy w zakresie średnich
częstotliwości (w paśmie przepustowym) jest tworzony przy
założeniu, że pojemności sprzęgające i bocznikujące stanowią
zwarcie dla sygnałów zmiennych, natomiast pojemności
pasożytnicze tranzystora są rozwarciem.
Rys. 6. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w
układzie CE z rys. 2 dla wyznaczenia dolnej
częstotliwości granicznej.
Rys. 4. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w
Korzystając z powyższego schematu zastępczego
układzie CE z rys. 2 dla zakresu częstotliwości
poszczególne stałe czasowe są równe:
średnich.
�L1 = CC1( RS + Rin ) (15)
Rin = RB1||RB2 ||rĄ (4)
CE RE
� = (16)
L2
Rout = RC (5)
1 + gm RE
v0 =-gmvĄ (RC ||RBUF ) (6)
� = CC2 (RC + RBUF ) (17)
L3
4-3
Przybliżona wartość dolnej częstotliwości granicznej jest
określona wzorem:
�# ś#
1 1 1 1
f H"+ +
ś# ź# (18)
L3dB
2Ą � � �
�# #
L1 L2 L3
4.2 Układ B:
Jest to wzmacniacz w konfiguracji wspólnego emitera z
Rys. 9. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w
niebocznikowaną rezystancją w emiterze (CE-RE).
układzie CE-RE z rys. 7 dla wyznaczenia górnej
częstotliwości granicznej.
stałe czasowe:
korzystając z tw. Millera można zamienić pojemnośc C

tranzystora na pojemności CM1 i CM2.
ą �" RC || RBUF
K = - (24)
re + RE1
CM1 = Cź (1 - K) (25)
1
ś#
CM 2 = Cź �#1 - ź#
(26)
ś#
�# #
K
Następnie wyznaczamy stałe czasowe związane z
Rys. 7. Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnego
emitera (CE).
poszczególnymi pojemnościami:
� = CM1(RS ||Rin ) (27)
H1
4.2.1 Punkt pracy
�# RE1 + RS || RB1|| RB2 ś#
liczony tak jak dla układu A (we wzorach na IC i VCE zamiast
ś# ź#
�H2 = Cź rĄ || (28)
RE jest suma RE1+RE2)
1 + gmRE1
�# #
� = (CM 2 + CBUF )(RC || RBUF ) (29)
H3
4.2.2 Analiza małosygnałowa:
Przybliżona wartość górnej częstotliwości granicznej jest
określona wzorem:
Środek pasma:
Zastępczy schemat małosygnałowy w zakresie średnich 1
f H"
(30)
H3dB
częstotliwości (w paśmie przepustowym) jest tworzony przy
2Ą �" (� + � + � )
H1 H2 H3
założeniu, że pojemności sprzęgające i bocznikujące stanowią
zwarcie dla sygnałów zmiennych, natomiast pojemności
pasożytnicze tranzystora są rozwarciem. Niskie częstotliwości:
Częstotliwość graniczna dolna wyznaczona jest w oparciu o
stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami
sprzęgającymi lub bocznikującymi (licząc stałe czasowe dla
każdej z pojemności, pozostałe należy traktować jako
zwarcie). Pojemności pasożytnicze tranzystora traktuje się
jako rozwarcia.
Korzystając ze schematu zastępczego z rys. 10, poszczególne
stałe czasowe są równe:
� = CC1(RS + Rin ) (31)
L1
�#
�#
Rys. 8. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w
rĄ + RB1 RB2 RS ś#ś#
ź#
ź#
układzie CE-RE z rys. 7 dla zakresu częstotliwości
� = CE ś# RE2 ś# RE1 + (32)
L2
ś# ź#
średnich. ś#
� + 1
�# #ź#
�# #
Rin = RB1||RB2||(rĄ + (� + 1)RE1) (19) � = CC2 (RC + RBURF ) (33)
L3
Rout = RC (20)
v0 =-gmvĄ (RC ||RBUF ) (21)
Rin rĄ
vĄ = vs �" �" (22)
Rin + RS rĄ + (� + 1)RE1
v0 Rin rĄ
= - �" �" gm (Rc|| RBUF )
(23)
vs Rin + RS rĄ + (� + 1)RE1
Wysokie częstotliwości:
Rys. 10. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza
Częstotliwość graniczna górna wyznaczona jest w oparciu o
w układzie CE-RE z rys. 7 dla wyznaczenia dolnej
stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami
częstotliwości granicznej.
pasożytniczymi tranzystora. Stałe te liczy się dla danej
pojemności pasożytniczej przy założeniu, że pozostałe
Przybliżona wartość dolnej częstotliwości granicznej jest
pojemności pasożytnicze stanowią
określona wzorem:
rozwarcie.
�# ś#
1 1 1 1
f H"+ +
ś# ź# (34)
L3dB
2Ą � � �
�# #
L1 L2 L3
4-4
1
4.3 Układ D:
f H"
(42)
H3dB
2Ą �" (� + � )
Jest to wzmacniacz w konfiguracji wspólnej bazy (CB).
H1 H2
Niskie częstotliwości:
Częstotliwość graniczna dolna wyznaczona jest w oparciu o
stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami
sprzęgającymi lub bocznikującymi (licząc stałe czasowe dla
każdej z pojemności, pozostałe należy traktować jako
zwarcie). Pojemności pasożytnicze tranzystora traktuje się
jako rozwarcia.
Rys. 15 Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnej
bazy (CB).
4.3.1 Punkt pracy
liczony tak jak dla układu A.
Rys. 18. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza
4.3.2 Analiza małosygnałowa
w układzie CB z rys. 15 dla wyznaczenia dolnej
Środek pasma:
częstotliwości granicznej.
Zastępczy schemat małosygnałowy w zakresie średnich
częstotliwości (w paśmie przepustowym) jest tworzony przy
Korzystając z powyższego schematu zastępczego
założeniu, że pojemności sprzęgające i bocznikujące stanowią
poszczególne stałe czasowe są równe:
zwarcie dla sygnałów zmiennych, natomiast pojemności
� = CC1(RS + Rin ) (43)
pasożytnicze tranzystora są rozwarciem. L1
�L2 = CB RB1||RB2||((re + RE ||RS ) �" (� + 1)) (44)
[ ]
� = CC2 (RC + RBUF ) (45)
L3
Przybliżona wartość dolnej częstotliwości granicznej jest
określona wzorem:
�# ś#
1 1 1 1
f H"+ +
ś# ź# (46)
L3dB
2Ą � � �
�# #
Rys. 16. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza L1 L2 L3
w układzie CB z rys. 15 dla zakresu częstotliwości
średnich.
Rin = RE ||re (35)
4.4 Pomiar rezystancji wejściowej
Rout = RC (36)
wzmacniaczy
Rezystancję wejściową mierzy się wykorzystując dodatkowy
v0 = -ą �"ie (RC || RBUF ) (37)
rezystor RS' włączony szeregowo z rezystancją wewnętrzną
Rin 1
generatora RS. Podczas normalnej pracy jest on zwierany
ie = - �" �" vs (38)
przełącznikiem umieszczonym na płycie czołowej. Po
Rin + Rs re
Rin
naciśnięciu przycisku oznaczonego następuje dołączenie
v0 Rin ą
rezystora RS' w szereg z RS, co powoduje zmniejszenie
= �" �" (RC || RBUF )
(39)
vs Rin + Rs re wzmocnienia.
Wysokie częstotliwości:
Częstotliwość graniczna górna wyznaczona jest w oparciu o
stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami
pasożytniczymi tranzystora. Stałe te liczy się dla danej
pojemności pasożytniczej przy założeniu, że pozostałe
pojemności pasożytnicze stanowią rozwarcie.
Rys. 19. Metoda pomiaru rezystancji
wejściowej wzmacniacza.
Oznaczając jako vo oraz vo' odpowiednio napięcia wyjściowe
przy zwartym i rozwartym rezystorze RS' otrzymujemy:
Rys. 17. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza
Rin
w układzie CB z rys. 15 dla wyznaczenia górnej
v0 = K �" �"vin (47)
częstotliwości granicznej.
Rin + RS
Dla w.cz. nie ma efektu multiplikacji pojemności (efekt MIllera)
Rin
v0 '= K �" �" vin (48)
stałe czasowe:
Rin + RS + RS '
�H1 = CĄ (RS || RE ||re ) (40)
v0 Rin + RS + RS '
�H2 = (Cź + CBUF ) �" (RC || RBUF ) (41)
= (49)
v0' Rin + RS
Przybliżona wartość górnej częstotliwości granicznej jest
określona wzorem:
v0 '
Rin = �" RS '-RS
(50)
v0 - v0 '
4-5
Literatura:
4.5 Pomiar rezystancji wyjściowej
[1] Z. J. Staszak, J. Glinianowicz, D. Czarnecki  Materiały
wzmacniaczy
pomocnicze do przedmiotu Układy Elektroniczne
Rezystancję wyjściową mierzy się wykorzystując dodatkowy Liniowe .
[2] A. Guziński,  Liniowe elektroniczne układy analogowe
rezystor RL ' włączany równolegle z rezystancją obciążenia
WNT 1992.
RL wzmacniacza, którą w badanych układach jest [3] S. Soclof,  Zastosowania analogowych układów
scalonych , WKA
1991.
rezystancja wejściowa bufora RBUF. Podczas normalnej pracy
RL ' jest odłączony. W czasie pomiaru rezystancji dołącza się
go przełącznikiem umieszczonym na płycie czołowej i
Rout
oznaczonym . Po naciśnięciu przycisku następuje
dołączenie rezystora RL , co powoduje zmniejszenie
wzmocnienia.
Rys. 20. Metoda pomiaru rezystancji
wyjściowej wzmacniacza.
Oznaczając jako vo oraz vo odpowiednio napięcia wyjściowe
przy rozwartym i zwartym rezystorze otrzymujemy:
RBUF
v0 = K �" �" vin (51)
RBUF + Rout
RBUF || RL '
v0' = K �" �" vin (52)
RBUF ||RL '+Rout
v0' (RBUF ||RL '+Rout ) v0 (RBUF + Rout )
= (53)
RBUF ||RL ' RBUF
RBUF �" RL '
Rout =
(54)
RBUF �" v0 '
- RL '
v0 - v0 '
4.6 Dane elementów w
poszczególnych konfiguracjach
układowych.
Paramet Jednostki CE CE-RE CC CB
r
- 160 160 160 160
�
pF 4.5 4.5 4.5 4.5
Cź
fT MHz 150 150 150 150
RS 1 1 1 0.1
k�
RS' 1 1 1 1
k�
CC1 nF 68 68 68 68
RB1 43 43 43 43
k�
RB2 22 22 22 22
k�
CB nie ma nie ma nie ma 47
źF
RC 6.2 6.2 6.2 6.2
k�
RE 3.13 nie ma 3.13 3.13
k�
RE1 nie ma 0.16 nie ma nie ma
k�
RE2 nie ma 2.97 nie ma nie ma
k�
CE 100 100 100 100
źF
CC2 nF 100 100 100 100
RBUF 1 1 1 1
M �
CBUF pF 20 20 20 20
RL' 4.7 4.7 4.7 4.7
k�
VCC V 12 12 12 12