Laboratorium z elektroniki

Polaryzacja i pomiar charakterystyk małosygnałowych tranzystorów

Zadaniem naszym było zaprojektowanie tranzystora tak, aby pracował jako wzmacniacz małych mocy w układzie ze wspólnym emiterem w ustalonym punkcie pracy, a następnie należało zaprojektowany układ zmontować i porównać teoretyczny punkt pracy z rzeczywistym, przez dokonanie odpowiednich pomiarów. W ćwiczeniu należało także wyliczyć współczynnik wzmocnienia napięciowego tranzystora i porównać go z wartością zmierzoną oraz wyznaczyć charakteystykę częstotliwościową.

1. Polaryzacja tranzystora i wyznaczanie punktu pracy tranzystora.

Schemat wzmacniacza tranzystorowego:

Wyznaczenie punktu pracy sprowadza się do takiego doboru rezystancji R₁ , R₂, R_e, R_c, aby pewne charakterystyczne napięcia i prądy tranzystora przyjmowały wartości zgodne z naszymi założeniami. W naszym ćwiczeniu rezystancje dobieramy tak, aby tranzystor znajdował się w punkcie pracy:

napięcie kolektor - emiter U_ce=0.5 U_cc

prąd kolektora I_c= 3 mA

napięcie baza - emiter U_be= 0.7 V

napięcie emitera U_e= 0.1 U_cc

Współczynnik wzmocnienia prądowego β= 275

Napięcie, którym zasilaliśmy tranzystora U_cc= 15V

W zależności od wartości U_cc dobieramy wartości napięć kolektor - emiter oraz napięcie emitera:

U_ce≈7V oraz U_e=1.5V

Możemy teraz wyliczyć wartość rezystora emiterowego:

R_e=≈= 500 Ω

Możemy z dobrym przybliżeniem napisać, że prąd emitera jest równy prądowi kolektora, gdyż przy współczynniku wzmocnienia prądowego równym 275 różnica pomiędzy nimi jest bardzo mała i nie przekracza 0.5 %.

Wartość rezystancji kolektorowej wyznaczamy z zależności:

R_c==2.7 kΩ

Napięcie bazy jest równe sumie napięć emitera i baza - emiter:

U_b= U_e + U_be

U_b= 1.5 + 0.7 = 2.2 V

Prąd bazy wyznaczamy z prostej zależności:

I_b==1.1^. 10^-5 A

Pozostają nam jeszcze do wyliczenia wartości rezystancji R₁, R₂. W celu wyznaczenia tych rezystancji zakładam, że przez R₂ płynie prąd I₁ 10 razy większy niż prąd bazy, natomiast przez R₁ suma tego prądu i prądu bazy.

Czyli wartości szukanych rezystancji otrzymujemy z zależności:

R₁==106 kΩ

R₂==20 kΩ

Tak więc, aby tranzystor znajdował się w ustalonym przez nas punkcie pracy musimy dobrać następujące wartości rezystancji:

R_e=500 Ω

R_c=2.7 kΩ

R₁=106 kΩ

R₂=20 kΩ

Pomiaru interesujących nas wartości, podczas pracy układu, dokonywaliśmy za pomocą oscyloskopu. Mimo tego mogliśmy z grubsza oszacować na ile odbiegają one od wartości założonych przez nas. Analiza pracy układu pokazała, że owe rozbieżności nie przekraczają 5%. Tak więc teoretyczne założenia dotyczące punktu pracy tranzystora znalazły dość dokładne potwierdzenie w rzeczywistości.

2. Warunki sterowania tranzystora sygnałem zmiennym.

W celu wyznaczenia powyższych wartości na wejściu tranzystora musimy zadać sygnał zmienny. Sygnał ten (U_we) doprowadzamy na wejście przez kondensator C_we. Również na wyjściu układu stosujemy kondensator C_wy, który ma za zadanie wyeliminowanie składowej stałej sygnału wyjściowego. Trzeci z dołączonych do układu kondensatorów C_e spełnia inne zadanie od dwu poprzednich. Dla składowej stałej stanowi on przerwę, dlatego też rezystor emiterowy wprowadza do układu ujemne sprzężenie zwrotne stabilizujące pracę układu, a dla składowej zmiennej działanie jego powoduje wzmocnienie składowej zmiennej. Na wyjściu układu dołączamy jeszcze obciążenie R₀, tak jak ma to miejsce przy pracy układu w rzeczywistości.

Schemat takiego układu wygląda następująco:

Zastosowane przez nas wartości pojemności kondensatorów wynosiły:

C_we= 470 nF

C_wy= 470 nF

C_e = 4.7 μF

natomiast obciążenie R₀ = 50 kΩ

3.Charakterystyka częstotliwościowa .

Dla powyższego układu polaryzacji tranzystora,w układzie wspólnego emitera, wyznaczyliśmy charakterystykę częstotliwościową podając na wejście sygnał z przestrajanego generatora sinusoidalnego

i obserwując na oscyloskopie amplitudę sygnału wyjściowego.Otrzymaną charakterystykę umieszczamy na wykresie poniżej.

GND

GND

Vcc

Vcc

BC547

Re

E

C

B

R1

R2

Rc

Cwe

GND

GND

GND

Uwe

Uwy

Ro

Cwy

Ce

R1

Rc

Vcc

Vcc

Re

R2

BC547

E

C

B

---