Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Elektryczny

Kierunek : elektrotechnika.

Rok akademicki 1999/2000.

Semestr 4.

Sprawozdanie

ćwiczenie laboratoryjne z podstaw elektroniki :

Badanie wzmacniaczy tranzystorowych

Grupa 2 sekcja 2

Glos Piotr

Kwaczała Marcin

Mikołajczyk Rafał

Zorychta Szymon

Wstęp teoretyczny

Wzmacniaczem elektronicznym nazywa się układ elektroniczny zwiększający moc sygnałów przy zachowaniu ich kształtu. Zwiększenie mocy odbywa się doprowadzonej z zewnątrz energii zasilania.

Wzmacniacz można przedstawić w postaci czwórnika aktywnego, który w ograniczonym zakresie pracy (dla małych sygnałów) jest czwórnikiem liniowym.

Rysunek nr 1. Wzmacniacz jako czwórnik aktywny

Wzmacniacz taki charakteryzują wzmocnienia : mocy k_p , napięcia k_u , i prądu k_i :

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacz dla sygnałów sinusoidalnych zmiennych jest liczbą zespolona. Wykres modułu tego wzmocnienia w funkcji częstotliwości nazywa się charakterystyką amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacz, a wykres fazy w zależności od częstotliwości - charakterystyką fazowo-częstotliwościową. Typowa charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacz szerokopasmowego przedstawiona jest na poniższym rysunku. Z charakterystyki tej można wyznaczyć pasmo przenoszenia wzmacniacza zawarte między dolną a (f_gd) i górna (f_gg) częstotliwością graniczną. Dla częstotliwości granicznych wzmocnienie napięciowe wzmacniacz ma wartość k_max/
, co oznacza jego zmniejszenie w odniesieniu do wartości maksymalnej o 3 dB.

Rysunek nr 2. Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacza szerokopasmowego

Wzmacniacze mogą wprowadzać zniekształcenia wzmacnianych sygnałów. Zniekształcenia te dzieli się na liniowe i nieliniowe. Przyczyną zniekształceń liniowych są jednakowe są niejednakowe właściwości wzmacniaczy dla różnych częstotliwości. Przyczyną zniekształceń nieliniowych jest nieliniowość elementów, zwłaszcza czynnych, wzmacniacza. Liniowy zakres pracy wzmacniacza można określić na podstawie jego charakterystyki przenoszenia, czyli zależności U₂ = f(U₁) - poniższy rysunek

Rysunek nr 3. Charakterystyka przenoszenia wzmacniacza

Schemat Pomiarowy

Rysunek nr 4. Widok płyty czołowej stanowiska laboratoryjnego

Wyniki pomiarów

Pomiary współczynnika wzmocnienia napięciowego przy zasilaniu sinusoidalnym (kształt sinusoidy kontrolowany na ekranie oscyloskopu).

Pomiar nr 1

Uwe [mV]	Uwy [V]	RC [kΩ]	RE [Ω]	f [kHz]	kU = Uwy/Uwe
5,57	1,92	15	0	2	334
6,28	1,941	6,2	0	2	309
31,5	1,598	15	240	2	51

Pomiary zależności napięcia wyjściowego od częstotliwości sygnału wejściowego dla wzmacniacza jednostopniowego

Pomiar nr 2 - wykres 1

Dla: U₁ = 6,2 [mV], R_C = 15 [kΩ], R_E = 0, C = 10 [μF]

L.p.	f [Hz]	U2 [V]
1	10	0,15
2	20	1,05
3	40	1,61
4	60	1,84
5	80	1,96
6	100	2
7	140	2,103
8	200	2,16
9	2000	2,155
10	2500	2,128
11	3500	2,08
12	4500	2,036
13	5500	1,96
14	6500	1,907
15	8000	1,602
16	15000	1,45
17	20000	1,215
18	30000	0,825
19	40000	0,638

Odczytano z wykresu : f_gd ≈ 36 [Hz], f_gg ≈ 15 [kHz]

Pomiar nr 3 - wykres 2

Dla: U₁ = 6,2 [mV], R_C = 15 [kΩ], R_E = 0, C = 0,22 [μF]

L.p.	f [Hz]	U2 [V]
1	100	0,635
2	150	0,86
3	200	0,95
4	2000	1,116
5	2500	2,128
6	3500	2,08
7	4500	2,036
8	5500	1,96
9	6500	1,907
10	8000	1,602
11	15000	1,45
12	20000	1,215
13	30000	0,825
14	40000	0,638

Odczytano z wykresu : f_gd ≈ 140 [Hz],

Pomiar nr 4 - wykres 3

Dla: U₁ = 17 [mV], R_C = 15 [kΩ], R_E = 240 [Ω], C = 10 [μF]

L.p.	f [Hz]	U2 [V]
1	4	0,48
2	10	0,66
3	30	0,878
4	50	0,84
5	2000	0,882
6	4000	0,847
7	8000	0,68
8	20000	0,47
9	25000	0,396
10	30000	0,328

Odczytano z wykresu : f_gd ≈ 7 [Hz], f_gg ≈ 12 [kHz]

Pomiary zależności napięcia wyjściowego od częstotliwości sygnału wejściowego dla wzmacniacza dwustopniowego

Pomiar nr 5- wykres 4

Pomiary zależności napięcia wyjściowego od częstotliwości sygnału wejściowego dla wzmacniacza dwustopniowego

Dla: U₁ = 7,1 [mV], R_C = 15 [kΩ], R_E = 240 [Ω], C = 10 [μF]

L.p.	f [Hz]	U2 [V]
1	5	2,3
2	10	2,78
3	20	3,01
4	2000	3,29
5	3000	3,05
6	5000	2,585
7	7000	2,17
8	10000	1,705

Odczytano z wykresu : f_gd ≈ 5 [Hz], f_gg ≈ 6,5 [kHz]

Wnioski

W celu wyznaczenia współczynnika wzmocnienia napięciowego k_U wystarczył jeden pomiar, ponieważ dla określonych parametrów R_C , R_E , f przyjmuje on wartość stałą - k_U = const.

Wzrost wartości opornika P₁ ( rysunek nr 4) powoduje obcinanie górnej połowy sinusoidy.

Wzrost wartości opornika P₂ ( rysunek nr 4) powoduje obcinanie dolnej połowy sinusoidy.

Niewłaściwy dobór punktu pracy tranzystora powoduje mocne zniekształcenie przebiegu wyjściowego (odbiega od sinusoidalnego).

Zminimalizowanie zniekształceń przenoszonego sygnału uzyskaliśmy poprzez regulacje P₁ i P₂ (dobór punktu pracy tranzystora) i właściwy dobór amplitudy napięcia wejściowego.

Wzrost wartości opornika R_E pociąga za sobą zwiększenie się pasma przenoszenia wzmacniacza (na podstawie wykresów 1 i 3), jednocześnie powoduje spadek wzmocnienia wzmacniacza.

Z wykresów 1 i 2 wynika iż zmiana pojemności C_S nie wpływa na wartość górnej częstotliwości granicznej, natomiast zmniejszenie tej pojemności powoduje zwiększenie dolnej częstotliwości granicznej.

Ponieważ wiedzieliśmy (na podstawie rozważań teoretycznych) iż pojemność C_S nie wpływa na f_gg , dlatego pomiar 3 został wykonany tylko dla niższych częstotliwości pasma przenoszenia.

Znaczną trudnością w trakcie wykonywania ćwiczenia okazało się utrzymanie możliwie idealnego przebiegu (sinusoidalnego) napięcia wejściowego (kontrola na oscyloskopie - regulacja opornikami P₁ i P₂).

---