AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA W KRAKOWIE			Rafał Szemraj Paweł Straszak Paweł Komsa
EAIiE	2001/2002		Rok II Semestr IV	Elektrotechnika		Rok B Grupa 8
Temat: Wzmacniacze RC ze sprzężeniami zwrotnymi.
Data wykonania: 2002-03-13		Data zaliczenia:			Ocena:

1. Wstęp teoretyczny.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rodzajami sprzężeń zwrotnych stosowanych w układach wzmacniaczy RC oraz ich wpływem na podstawowe parametry wzmacniaczy (wzmocnienie, rezystancje wejściowe i wyjściowe, pasmo przenoszenia, stabilność temperaturowa).

Sprzężenia, jakie stosujemy we wzmacniaczach, możemy podzielić na:

• Dodatnie lub ujemne - w zależności, czy sygnał z wyjścia podawany z powrotem na wejście jest w przeciwfazie z wejściem.

• Prądowe lub napięciowe - w zależności co czy do czego proporcjonalny jest sygnał powracający

• Równoległe lub szeregowe - w zależności od sposobu w jaki tor sprzężenia połączony jest z wejściem.

W niniejszym ćwiczeniu badaliśmy wzmacniacz oparty na tranzystorze bipolarnym pnp. Schemat wzmacniacza (bez sprzężeń) podany jest poniżej:

Zastosowanie elektrolitycznego kondensatora w obwodzie emiterowym zapobiega efektowi sprzężenia generowanemu prze rezystancję R_E. Po zasileniu kolektora napięciem U_cc = - 15V i podaniu na wejście sygnału o częstotliwości 5 kHz i pomiarze sygnałów wejścia i wyjścia otrzymano następujące wyniki:

Stąd wzmocnienie wzmacniacza

Aby znaleźć rezystancję wejściową
mierzymy różnicę napięć przed i za rezystorem
i dzielimy przez jego wartość. Tak otrzymaną wartość prądu wejściowego wzmacniacza wykorzystujemy do obliczenia
.

stąd

Korzystając z definicje częstotliwości granicznej (taka częstotliwość przy której maksymalne wzmocnienie wzmacniacza maleje o 3 dB) wyznaczamy wartości dolnej i górnej częstotliwości granicznej oraz pasmo przenoszenia wzmacniacza:

Rezystancję wyjściową obliczymy z metody Thevenena. Poniższy rysunek pokazuje zamianę wyjścia wzmacniacza na układ z zastępczym źródłem napięcia i wzierną rezystancją zastępczą (która jest szukaną rezystancją wyjściową wzmacniacza).

Przy nieobciążonym wzmacniaczu napięcie mierzone na zaznaczonych zaciskach jest równe napięciu
( a więc wcześniej zmierzonemu napięciu wyjściowemu). Z powodu braku obciążenia nie ma spadku napięcia na
. Gdy obciążymy wzmacniacz znaną rezystancją
to z dzielnika napięcia:

Gdy zmierzone
to mamy
. Znaleziona tą metodą rezystancja wyjściowa wynosi:

1. Wzmacniacz w układzie ze ujemnym sprzężeniem szeregowym prądowym:

Tak samo wykonane pomiary i obliczenia jak dla wzm. Bez sprzężenia dały takie rezultaty:

⇒

Widzimy więc, że wzmocnienie zmalało prawie 15 - krotnie. Popatrzmy na inne parametry:

stąd

Rezystancja wejściowa wzrosła ponad 4,5 raza. (wzmacniacz stanowi mniejsze obciążenie).

Jak widzimy pasmo przenoszenia poszerzyło się w bardzo dużym stopniu. Rezystancja wyjściowa nie uległa prawie zmianie.

2. Wzmacniacz ze sprzężeniem równoległym napięciowym:

Pomiary i obliczenia dla tego układu:

⇒

Widzimy więc, że wzmocnienie maleje dwukrotnie. Licząc dalej

stąd

Rezystancja wejściowa zmalała ponad 10 - krotnie.

W porównaniu z układem bez sprzężenia pasmo uległo zwężeniu natomiast rezystancja wyjściowa zmalała ponad dwukrotnie.

3. Wzmacniacz ze sprzężeniem mieszanym:

Dla tego układu:

⇒

Wzmocnienie jest mniejsze niż w SR i większe niż w układzie ze SSZ.

stąd

Rezystancja wejściowa tego układu jest większa niż w przypadku poprzednich układów.

Pasmo przenoszenia jest porównywalne z pasmem układu ze sprzężeniem równoległym. Rezystancja wyjściowa jest prawie taka sama jak dla układu ze sprzężeniem napięciowym równoległym.

4. Układ wtórnika emiterowego (100% szeregowe napięciowe sprzężenie):

Dla tego układu:

⇒

Wzmocnienie jest porównywalne ze wzmocnieniem układu ze sprzężeniem prądowym szeregowym.

stąd

Rezystancja wejściowa porównywalne ze wzmocnieniem układu ze sprzężeniem prądowym szeregowym.

Układ ten ma najszersze pasmo przenoszenia z pośród wszystkich rozpatrywanych układów. Jego rezystancja wyjściowa jest prawie taka sama jak dla układu bez i ze sprzężeniem prądowym szeregowym.

5. Obliczenia teoretyczne parametrów wzmacniacza małosygnałowego małoczęstotliwościowego dla składowych zmiennych:

W ćwiczeniu badaliśmy tranzystor pnp BC177AP o wzmocnieniu prądowym

Pozostałe dane:

Mając te dane możemy policzyć

Wyniki są zbliżone do tych otrzymanych drogą pomiarową. Znak ujemny przy wzmocnieniu oznacza, że sygnał odwraca fazę.

Dla wzmacniacza z ujemnym sprzężeniem szeregowym należy uwzględnić zależności:

Teraz parametry wzmocnienia i rezystancji wejściowej wynoszą:

Również w przypadku sprzężenia szeregowego wyniki się potwierdziły - wzmocnienie zmalało a rezystancja wejściowa wzrosła.

Dla sprzężenia równoległego napięciowego:

A więc:

W tym przypadku teoretyczne wzmocnienie układu odbiega od wyników uzyskanych drogą pomiarową. Rezystancja zmalała mniej więcej do poziomu uzyskanego w pomiarach.

6. Wnioski:

• Rodzaj sprzężenia ma istotny wpływ na to jakie parametry wzmacniacza ulegają zmianie.

• Sprzężenie ujemne szeregowe prądowe poszerza znacznie pasmo częstotliwościowe, ale obniża wzmocnienie układu. Dobrą stroną tego rozwiązania jest duża rezystancja wejściowa wzmacniacza.

• Sprzężenie równoległe napięciowe charakteryzuje układ wzmacniacza z małą rezystancją wejściową i wyjściową. Ulega zawężeniu pasmo przepustowe. Dobrą stroną układu jest automatyczne zapobieganie nasyceniu się tranzystora.

• Układ ze sprzężeniem mieszanym ma wąskie pasmo przenoszenia (porównywalne z układem sprzężonym napięciowo równolegle). Ten układ ma największą rezystancję wejściową.

• Układ wtórnika emiterowego charakteryzuje się zbliżonym do jedności wzmocnieniem (pomiary tego jednak nie wykazują - możliwy błąd). Ma bardzo duże pasmo przenoszenia (jego charakterystyka amplitudowa jest prawie płaska nawet dla bardzo dużych pulsacji).

---