Kraków, styczeń 2001

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Wstęp

Tematem ćwiczenia są podstawowe właściwości jednostopniowego wzmacniacza pasmowego z tranzystorem bipolarnym.

Zadaniem ćwiczących jest dokonanie szeregu symulacji przy pomocy programu WORKBENCH w celu określenia: punktu pracy, częstotliwości granicznych oraz wzmocnienia w zakresie średnich częstotliwości jednotranzystorowego wzmacniacza RC z typowym układem zasilania i stabilizacji punktu pracy tranzystora.

Celem ćwiczenia jest zilustrowanie jakościowych i ilościowych związków między podstawowymi parametrami roboczymi wzmacniacza a parametrami elementów układu.

Przebieg ćwiczenia

1. Dla przedstawionego na rysunku 1 obwodu wyznaczyć teoretycznie rezystor Rb taki aby na wyjściu wzmacniacza można było otrzymać maksymalne niezniekształcone napięcie sinusoidalne. Zweryfikować otrzymane wyniki przy pomocy symulacji. Odpowiednie obliczenia oraz wyniki symulacji należy zamieścić z sprawozdaniu.

W tym celu należy: otworzyć w programie WORKBENCH nowy arkusz oraz narysować schemat z Rys.1. Dokonać symulacji stałoprądowego punktu pracy tranzystora (napięcie U_CE, prąd I_C). Następnie dołączyć do wejścia wzmacniacza generator sinusoidalny poprzedzony kondensatorem C₁=10μF , natomiast do wyjścia należy podłączyć oscyloskop poprzedzony kondensatorem C₂=10μF (Rys.2). Weryfikacja przyjętych założeń oraz obliczeń polega na obserwacji sygnału sinusoidalnego na wyjściu wzmacniacza przy stopniowym zwiększaniu amplitudy sygnału wejściowego. Dla pewnej nastawy amplitudy sygnału wejściowego wzmacniacz powinien jednocześnie zniekształcać zarówno “dolną” jak i “górną” część sinusoidy wyjściowej. Do symulacji należy przyjąć “default-owy” model tranzystora.

DANE:

T1 (β=100, U_BE=0.75V, U_Cesat=0.2V)

Rc= a). 3kΩ b). 4kΩ c). 5kΩ d). 6kΩ e). 7kΩ

Rysunek 1

Rysunek 2

2. Dalszy ciąg ćwiczenia będzie przebiegał dla schematu jednostopniowego tranzystorowego wzmacniacza pasmowego przedstawionego na rysunku 3.

Schemat (Rys.3) należy przerysować na nowy arkusz programu WORKBENCH. W zależności od przeprowadzanych pomiarów (patrz następne punkty ćwiczenia) do wyjścia WY układu należy podłączyć oscyloskop, natomiast do wejścia (WE1 lub WE2) generator sygnału sinusoidalnego. Celowe może się również okazać włączenie amperomierza w celu pomiaru prądu kolektora Ic.

Rysunek 3

Rezystancja Rg reprezentuje oporność wewnętrzną źródła sygnału wejściowego, Ro - rezystancję obciążenia układu, elementy R1 i R2 stanowią układ polaryzacji bazy tranzystora, Rc jest rezystorem kolektorowym (wpływającym na wzmocnienie układu), Re - emiterowym (ustalającym wartość stałoprądową prądu emitera, a zatem i kolektora). Pojemności C1 i C2 sprzęgają badany układ z układem sygnału sterującego (poprzedni stopień) oraz obciążeniem, separując te układy stałoprądowo. Kondensator Ce zwiera składową zmienną prądu emitera (wpływa na przebieg charakterystyk częstotliwościowych w zakresie małych częstotliwości).

3. Dla podanych zestawów wartości rezystancji Rc oraz pojemności C2:

	a)	b)	c)	d)	e)
Rc	1 kΩ	1.5 kΩ	2 kΩ	2.5 kΩ	3 kΩ
C2	20 nF	40 nF	80 nF	100 nF	120 nF

dokonać następujących pomiarów:

4. Pomiar wzmocnienia skutecznego.

Należy zmierzyć wzmocnienie skuteczne k_us mierząc napięcia składowej zmiennej na wejściu WE1 i wyjściu układu WY. Do pomiaru napięć należy wykorzystać oscyloskop (WE1 Channel A, WY Channel B). Do wejścia WE1 należy podłączyć sygnał sinusoidalny (generator funkcyjny) z tak dobraną amplitudą, aby amplituda sygnału wyjściowego była rzędu 200-300mV, co zapewnia spełnienie warunku pracy małosygnałowej wzmacniacza. Pomiarów należy dokonywać przy częstotliwości pośredniej pasma wzmacniacza np. 1kHz (odczytujemy ją przy pomocy oscyloskopu).

5. Pomiar rezystancji wejściowej wzmacniacza.

Napięcie z generatora należy podać na wejście WE2 badanego układu. Dokonać pomiaru wzmocnienia k_u układu. Rezystancję wejściową wzmacniacza obliczyć korzystając z zależności:
, gdzie
.

6. Pomiar pasma wzmacniacza.

Wyznaczyć pasmo 3dB badanego układu (wskazówka: 3dB, to inaczej spadek wzmocnienia o ). Do wejścia WE1 wzmacniacza należy doprowadzić napięcie sinusoidalne (generator funkcyjny), natomiast wyjście WY obserwować na oscyloskopie. Wzmacniacz należy wysterować możliwie najmniejszym sygnałem, co pozwoli na lepsze przybliżenie jego małosygnałowej pracy. Pomiaru częstotliwości granicznych dokonuje się przestrajając generator sinusoidalny aż do uzyskania spadków 3dB w zakresie dużych i małych częstotliwości. Szerokość pasma wzmacniacza oblicza się z zależności Δf=f_g-f_d.

7. Obserwacja przebiegu napięcia wyjściowego przy przesterowaniu wzmacniacza.

Należy zaobserwować na oscyloskopie zniekształcenia sygnału wyjściowego wynikające z przesterowania wzmacniacza na skutek podania na jego wejście sygnału o zbyt dużej amplitudzie. Obserwowany przebieg napięcia naszkicować w sprawozdaniu. Wyjaśnić kształt tego napięcia.

8. Porównanie wyników pomiarów z wartościami wyznaczonymi teoretycznie.

Wyniki pomiarów otrzymane w punktach 4, 5, 6 należy zweryfikować poprzez porównanie z wartościami obliczonym teoretycznie. W tym celu należy posłużyć się zamieszczonymi niżej wskazówkami.

WSKAZÓWKI:

Parametry tranzystora BC107:

globalne: β=400, U_BE=0.75V, C_e=(C_de+C_je)=13pF, C_jc=4pF

wynikające z punktu pracy:

,

,

gdzie ϕ_T=26mV, (prąd I_C można wyznaczyć rozwiązując obwód, lub prościej poprzez pomiar - podłączenie amperomierza do obwodu z rys. 3).

Wskazówki do punktu 4:

,

gdzie R_L=R_C || R_o

oraz patrz: "Elementy i układy elektroniczne cz. I" pod redakcją S. Kuty, Rozdz. 10.4.

Wskazówki do punktu 5:

,

gdzie R_B=R₁ || R₂

Wskazówki do punktu 6:

Wyznaczanie częstotliwości dolnej f_d - patrz: "Elementy i układy elektroniczne cz. I" pod redakcją S. Kuty, Rozdz. 10.6.

,

gdzie R_b=R_B || R_b'e.

2

---