KATEDRA ELEKTRONIKI
LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTRONIKI
Zespół: Rafał Kaszyca Rafał Kobak Seweryn Kwieciński	Temat ćwiczenia: WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC	Data wykonania ćwiczenia: 15.03.2012 22.03.2012
Grupa: 2 Rok: 2	Ocena:	Data oddania ćwiczenia: 29.03.2012

1. Cel Ćwiczenia

Celem ćwiczenia była obserwacja zależności parametrów wzmacniacza od parametrów elementów RC, czyli oporności R i pojemności C użytej w danym układzie. Badanie obejmowało następujące parametry wzmacniacza: wzmocnienia napięciowe k_u częstotliwości graniczne f_g oraz f_d dla których sygnał wyjściowy obniża się o określoną wartość (3dB), a także szerokości pasma przenoszenia. Część otrzymanych wartości eksperymentalnych została poddana w konfrontacji z wartościami wyznaczonymi w drodze teoretycznych obliczeń. Celem ćwiczenia było również zilustrowanie jakościowych i ilościowych związków między podstawowymi parametrami roboczymi wzmacniacza a parametrami elementów układu.

2. Część symulacyjna

Symulacja wzmacniacza RC w konfiguracji 1b

Wartości elementów zostały odczytane z płytki DWT1:

- rezystancja R_c = 11kΩ,

- rezystancja R­_e­ = 10kΩ

- rezystancja R_b2= 68kΩ

- zasilanie U_CC = 15 V,

Dane tranzystora:

β = 400

U_cesat = 0,2V

U_bes = 0,75V

Założenia projektowe:

- maksymalna amplituda wyjściowa żeby wzmaniacz nie był przesterowany

,

Analityczny dobór punktu pracy tranzystora BC107

U_CE­­­­(P) =
=7,6[ V]

Przyjmuję że I­­­­­_b1=100I_b zatem:

Po obliczeniu rezystora R_b1 dokonana została symulacja. Został przyjęty opornik 100kΩ (najbliższy z szeregu E24)

Poniżej schemat symulacji

Analityczne wyznaczenie wzmocnienia napięciowego

Parametry wzmacniacza zbudowanego na tranzystorze bipolarnym określa się na podstawie analizy układu elektronicznego, w którym tranzystor zastępuje się jego schematem zastępczym dla składowej zmiennej sygnału. Źródła napięcia stałego zastępuje się zwarciem do masy. Ponieważ rezystancja zastępcza źródła zasilającego z reguły jest b.mała.

Wzmocnienie napięciowe:

Wniosek1:

Rezystancja generatora Rs z rezystancją wejściowa wzmacniacza Rwe, tworzy dzielnik napięć, który zmniejsza sygnał podawany z generatora na bazę tranzystora.
”Wzmocnienie” tego dzielnika wynosi: k=Rwe/(Rs+Rwe)=1.7K/(10K+1.7K)=1.7K/11.7K=0.145
czyli wzmocnienie jako całości wynosi:
Kus=K*Ku=0.145*162=-23.5V/V

b)Rezystancja wyjściowa :

c)Rezystancja wejściowa:

Wniosek2:

Na rezystancje wejściową maja duży wpływ rezystory R1 i R2 , dlatego powinny być one odpowiednio duże.

d)Dolna częstotliwość graniczna F_d:

Wniosek3:

O wartości dolnej częstotliwości granicznej wzmacniacza decyduje wartości pojemności kondensatorów znajdujących się w układzie.

W układzie występują 3 filtry dolnoprzepustowe . Pierwszy_filtr stanowi R_G, R_B,R_T, C1

Drugi: R_G, R_B, R_T, R_E, C_E

Trzeci: C₂, R_c, R0

Symulacja: (schemat 1b)

Skala:

Sygnał wejściowy:200mV/dz

Sygnał wyjściowy:10mV/dz

Parametry odczytane z symulacji :

• Zawartość harmonicznych (przy wejściowym przebiegu amplitudzie: 10mV): <2%

• K_u=
  - wzmacniacz w układzie WE odwraca fazę.// K_u=-146 (dla R_s=0Ω)

• Częstotliwości graniczne: dolna: 27Hz, górna: 274kHz.

Pomiary: (schemat 1b)

1.[Pomiary były wykonywane w układzie takim samym jak symulacja 1.b z tym że Rb1=10k, Rb2=3,3k]

Zmierzone potencjały w poszczególnych punktach układu

*U_E=2,86[V]

*U_RB2=3,48[V]

*U_CE=8,14[V]

Pomiary napięć zgadzają się z obliczeniami.

2. Charakterystyka częstotliwościowa:

Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza:

Amplituda wejściowa U_we = 125 [mV] o częstotliwosci f = 4,26 [kHz].

Tabela pomiarowa:

Lp.	f [Hz]	Uwe [mV]	Uwy [V]
1	1k	125	0,7
2	2k			1
3	5k			1,25
4	10k			1,4
5	20k			1,5
6	50k			1,5
7	60k			1,5
8	70k			1,5
9	100k			1,5
wyższych wartości nie dało się uzykać gdyż górną częstotliwością generatora było ok. 100kHz

Poniżej znajduje się przewidywany przebieg analizy częstotliwościowej wzmacniacza:

Spadek o 3dB jest równoznaczny ze zmniejszeniem się amplitudy sygnału wyjścia o
.

A więc :

f_d=2000Hz

Uwaga:

Z powodu ograniczonej częstotliwości generowanej przez generator nie byliśmy w stanie wyznaczyć górnej częstotliwości wzmacniacza.

3. Pomiar rezystancji wejściowej i wyjściowej.

Pomiar rezystancji wejściowej dokonuje się w układzie przedstawionym poniżej.

W obwodzie wejściowym układu między wyjściem generatora a wejściem wzmaniacza należy włączyć szeregowo rezystor regulowany, najlepiej precyjny, rezystor dekadowy R_d1. Podczas pomiaru rezystancji wejściowej rezystor R_d2 jest odłączony. Aby wyznaczyć wartość rezystancji wyjściowej należy zwiększać rezystancję od 0 do wartości przy której napięcie wyjściowe zmniejszy się dwukrotnie - wówczas rezystancja wejściowa wzmacniacza jest równa ustawionej rezystancji na rezystorze dekadowym.

Rezystancja wyjściowa - badania należy wykonać w układzie po odłączeniu (zwarciu) R_d1. Wzmacniacz stanowi źródło napięcia do którego jest podłączony regulowany rezystor dekadowy R_d2, stanowiąc obciążenie. Jeżeli wartość rezystancji zostanie tak dobrana, że napięcie wyjściowe zmniejszy się do połowy swojej wartości początkowej (występujące przy odłączonym R_d2) to rezystancja wyjściowa wzmacniacza będzie równa rezystancji rezystora dekadowego.

Uzyskane wyniki pomiarów to: R_we=R_d1=2,6kΩ, R_wy=R_d2=3,9kΩ.

2. c) Badanie wzmacniacza 1c

Założenia projektowe wzmacniacza z ukł. 1c:

- sygnał wejściowy sinudoidalny 300mV, o częstotliwości 1kHz,

- rezystancja kolektora R_C = 5kΩ,

- zasilanie podwójne, od strony kolektora i emitera U = 15 V,

- maksymalna amplituda wyjściowa.

Obliczenia: (schemat 1c)

Charakterystyki wzmacniacza (schemat 1c)

Charakterystyka częstotliwościowa (schemat 1c)

Parametry odczytane z symulacji :

• Zawartość harmonicznych (przy wejściowym przebiegu amplitudzie: 300mV): <4,5%

• K_u=-26 - wzmacniacz w układzie WE odwraca fazę.

• Pasmo przenoszenia: f_d =112[Hz], f_g=14[MHz]

3. Wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia

Przy projektowaniu wzmacniaczy RC, bardzo ważnym elementem jest wybór odpowiedniego układu. Każdy z przedstawionych układów ma swoje zalety, jednak najczęściej stosowany jest układ 1.b gdyż wymaga jednego źródła zasilania i daje dobre parametry. Przy doborze punktu pracy tranzystora należy mieć na uwadze to aby tranzystor wzmacniał obie połówki napięcia zmiennego , w przeciwnym razie gdy punkt pracy tranzystora będzie położony zbyt blisko obszaru odcięcia nie będą poprawnie przenoszone ujemnie połówki napięcia wejściowego. Punkt pacy nie może być też położony zbyt blisko obszaru odcięcia, gdyż wzmacniacz będzie się przesmarowywał (obcinał górne połówki sygnału wzmacniającego). Ważne jest również, aby wzmacniacz nie obciążał źródła sygnału, dlatego powinien mieć możliwie dużą rezystancje wejściową; dla układu 1b. duży wpływ mają rezystancje polaryzujące bazę tranzystora (powinny być to duże rezystancje) oraz rezystancja wejściowa samego tranzystora.

Wyniki otrzymanie z symulacji i obliczeń są bardzo do siebie zbliżone:

(dla układu 1b.)

Obliczenia analityczne:	Symulacja:
Ku= -160 Ku= -23 - co jest związane z zastosowaniem dodatkowego rezystora ( Rs=10kΩ) Rwy= 4,7 kΩ Rwe=2,4 kΩ Fd=25 Hz	Ku=-146 Ku= -26 (Rs=10kΩ) Rwy=4,5kΩ Rwe=2,3kΩ Fd=27 Hz Fg=274kHz

Natomiast wyniki otrzymane na drodze pomiaru, znacznie odbiegają od wyników symulacji i obliczeń analitycznych.

1

1

GEN

SIN

WZMACNIACZ

ZASILACZ

OSC

V

V

Rd1

Rd2

---