Ćwiczenie laboratoryjne z elektroniki nr 4:

Wzmacniacze tranzystorowe.

1. Dwustopniowy wzmacniacz z tranzystorami w konfiguracji wspólnego emitera
   i wspólnego kolektora.

Na podstawie schematu konstruujemy wzmacniacz. Użyte tranzystory to tranzystory BC107BP (typ npn). Jako źródło sygnału podłączamy generator funkcji, a na wyjściu układu podpinamy oscyloskop (w celu odczytania przebiegów sygnału na wejśiu/wyjściu) i ploter Bodego (w celu zdjęcia charakterystyki układu).

a) Dla źródła napięcia: 10mV o częstotliwości 1kHz, rezystancji wejściowej Rg=500Ω
i wartości obciążenia RL=1kΩ charakterystyka częstotliwościowa wygląda następująco:

Wybieramy częstotliwość ze środka przedziału: np. f=1kHz.

Napięcie na wejściu (XMM1) i wyjściu (XMM2) układu mierzymy podłączając woltomierze:

Obliczamy wartość wzmocnienia napięciowego dla stałych:

f=1kHz (częstotliwość źródła sygnału)

Eg=10mV (amplituda sygnału źródła)

Rg=500Ω (rezystancja wejściowa)

RL=100kΩ (obciążenie)

wzmocnienie napięciowe k_u=U_wy/U_we

U_we=U_XMM1=6,80mV

U_wy=U_XMM2=1,43V

...stąd k_u=210

wzmocnienie prądowe k_i=I_wy/I_we badamy przy obciążeniu RL=1kΩ:

I_we=U_R/Rg=557nA

I_wy=U_wy/RL=1,36mA

...stąd k_i=2441,6

W tym samym układzie co przed chwilą badamy rezystancję wejściową i wyjściową wzmacniacza.

Eg=10mV

Musimy tak dobrać rezystancję Rg, aby napięcie na wejściu (odczytane z woltomierza XMM1) było równe 0.5 Eg, czyli 5mV.

Okazuje się, że powyższy warunek jest spełniony dla Rg=5kΩ, czyli tyle wynosi rezystancja wejściowa.

Aby otrzymać rezystancję wyjściową, szukamy takiej wartości rezystancji RL, która dwukrotnie zmniejszy napięcie na wyjściu U_wy (w stosunku do napięcia zwarcia: RL=0).

dla RL=0 U_wy=1,06V

szukamy RL, takiego że Uwy=0,53V

Powyższy warunek spełnia RL=48Ω. Jest to szukana rezystancja wyjściowa.

b) Pomiar charakterystyki częstotliwościowej i fazowej wzmacniacza dokonujemy przy użyciu plotera Bodego.

Wykres charakterystyki częstotliwościowej:

fd fg

f=1kHz (częstotliwość źródła sygnału)

Eg=10mV (amplituda sygnału źródła)

Rg=5kΩ (rezystancja wejściowa)

RL=48Ω (obciążenie)

Maksymalne wzmocnienie sięga 40,4dB.

Dolna granica: fd=8,12Hz

Górna granica: fg=1,9MHz

Wykres charakterystyki fazowej:

c) Pomiar zależności wzmocnienia i pasma od rezystancji obciążenia.

f=1kHz (częstotliwość źródła sygnału)

Eg=10mV (amplituda sygnału źródła)

Rg=5kΩ (rezystancja wejściowa)

RL [ohm]	max. wzmocnienie [dB]	Uwe [mv]	Uwy [mv]	fd [Hz]	fg [MHz]	ku
1	10,6	5,09	17	8,12	1,5	3,3
10	29,9	5,10	158	8,30	1,5	31,0
100	43,5	5,10	743	8,70	2,0	145,7
1000	46,1	5,10	1020	8,12	3,6	200,0
10000	46,4	5,10	1050	8,15	4,0	205,9
100000	46,4	5,10	1060	8,12	4,0	207,8
500000	46,4	5,10	1060	8,15	4,0	207,8

Wykres zależności wzmocnienia k_u od rezystancji obciążenia RL:

Wykres zależności szerokości pasma fd=fg-fd od rezystancji obciążenia RL:

2. Wzmacniacz kaskodowy (wspólny emiter + wspólna baza).

Wzmacniacz skonstruowany wg schematu (z podłączonym oscyloskopem, ploterem Bodego i woltomierzami na wejściu/wyjściu) wygląda następująco:

1. Dla zakresu średnich częstotliwości (przyjmijmy że f=10kHz) wyznaczamy wartość wzmocnienia napięciowego k_u=U_wy/U_we.

f=10kHz (częstotliwość źródła sygnału)

Eg=10mV (amplituda sygnału źródła)

Rg=1kΩ (rezystancja wejściowa)

RL=100kΩ (obciążenie)

Uwe=6,35mV

Uwy=218,58mV

...stąd k_u=34,4

I_we=721nA

I_wy=2,13uA

...stąd k_i=2,95

Podobnie jak przy poprzednim wzmacniaczu przy pomocy woltomierzy wyznaczamy rezystancję wejściową i wyjściową:

Rg=3,5kΩ

R_L=25kΩ

2. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej i fazowej wzmacniacza.

Rg=3,5kΩ

R_L=25kΩ

Charakterystyka częstotliwościowa:

Z wykresu odczytujemy częstotliwości graniczne:

dolna: fd=1,8Hz

i górna: fg=5,5MHz

Charakterystyka fazowa:

c, d) Zależność wzmocnienia i pasma wzmacniacza od rezystancji obciążenia.

RL [kohm]	wzmocnienie [dB]	fd [Hz]	fg [MHz]	szerokość pasma df=fg-fd [Hz]
1	4,3	1,8	12	11999998
10	21,7	1,8	7,2	7199998
100	30,7	1,6	5	4999998
1000	32,4	1,7	3,9	3899998
10000	32,6	1,7	3,9	3899998

strona 1/6

---