Politechnika Świętokrzyska w Kielcach |
||
Laboratorium Podstaw Elektroniki |
||
Ćwiczenie Nr :
6.
|
Temat ćwiczenia:
Badanie wzmacniacza na tranzystorze unipolarnym.
|
Zespół :
4. Stępień Grzegorz
|
Data wykonania : 1997.12.01. |
Ocena : |
Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki |
1) Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadami projektowania wzmacniaczy m.cz. oraz wykreślenie charakterystyk ku =ku (f).Podczas ćwiczenia zapoznajemy się z pracą takiego wzmacniacza.
2)Schemat pomiarowy:
Parametry układu:
C=10nF lub Cs1=1μF Cs2=2μF
R2 =166[kΩ]
R1 =100[kΩ]
RS =100[Ω]
RD =6,9[kΩ]
3)Tabele pomiarowe:
a)z CS =2[μF], C=100[nF], UWE=100[mV]:
f |
Hz |
10 |
20 |
50 |
100 |
200 |
500 |
1k |
2k |
5k |
10k |
20k |
50k |
100k |
200k |
500k |
1M |
1,1m. |
Log(f) |
|
1 |
1,3 |
1,7 |
2 |
2,3 |
2,7 |
3 |
3,3 |
3,7 |
4 |
4,3 |
4,7 |
5 |
5,3 |
5,7 |
6 |
6,04 |
Uwyj |
V |
0,2 |
0,22 |
0,24 |
0,28 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,28 |
2,5 |
0,15 |
0,09 |
0,08 |
kU |
V/V |
2 |
2,2 |
2,4 |
2,8 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2,8 |
2,5 |
1,5 |
0,9 |
0,8 |
kU/kU0 |
|
0,66 |
0,73 |
0,8 |
0,93 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,93 |
0,83 |
0,5 |
0,3 |
0,26 |
k=20log(ku) |
dB |
6,02 |
6,84 |
7,6 |
8,9 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
8,9 |
7,9 |
3,52 |
-0,9 |
-1,94 |
Obliczenia częstotliwości granicznej:
UWYJgr=Uwyj/=0,21V fd(UWYJgr)=12 Hz fg(UWYJgr)=280 kHz
kUgr=kU0/=2,12 V/V
Szerokość pasma przenoszenia Δf v =fg-fd=280000 - 12 =279988 Hz
b)z CS =2[μF], C=10[nF], UWE=100[mV]:
f |
Hz |
10 |
20 |
50 |
100 |
200 |
500 |
1k |
2k |
5k |
10k |
20k |
50k |
100k |
200k |
500k |
1M |
1,1m. |
Log(f) |
|
1 |
1,3 |
1,7 |
2 |
2,3 |
2,7 |
3 |
3,3 |
3,7 |
4 |
4,3 |
4,7 |
5 |
5,3 |
5,7 |
6 |
6,04 |
Uwyj |
V |
0,12 |
0,14 |
brak
|
0,24 |
0,26 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,3 |
0,26 |
0,15 |
0,1 |
0,08 |
kU |
V/V |
1,2 |
1,4 |
brak |
2,4 |
2,6 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2,6 |
1,5 |
1 |
0,8 |
kU/kU0 |
|
0,4 |
0,46 |
brak |
0,8 |
0,86 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,86 |
0,5 |
0,33 |
0,26 |
k=20log(ku) |
dB |
1,58 |
2,9 |
brak |
7,6 |
8,3 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
9,54 |
8,3 |
3,52 |
0 |
-1,9 |
Obliczenia częstotliwości granicznej:
UWYJgr=Uwyj/=0,21V fd(UWYJgr)=54 Hz fg(UWYJgr)=280 kHz
kUgr=kU0/=2,12 V/V
Szerokość pasma przenoszenia Δf v =fg-fd=280000 - 54 =279946 Hz
4)Wzory i przykładowe obliczenia:
a)metoda projektowania:
Projektowanie wzmacniaczy m.cz. polega na przyjęciu następujących założeń:
- UDD= 15 V UDS=1,5 V
- ku -zakładamy ,że ma wynosić 10 V/V;
- przyjmujemy transkonduktancję gm =1,43[mA/V];
RD = ku/gm=7 kΩ
-zakładamy I=1,9 mA (dla UDS=1,5 V UGS=6 V- parametry odczytane z charakterystyki sporządzonej dla tranzystora MOS na wcześniejszym ćwiczeniu)
RS = (UDD -ID *RD -UDS )/ ID =105 Ω
Z powyższych równań, znając wartości Zwe, UGS,UDD możemy wyznaczyliśmy wartości rezystancji R1 i R2 :
R1=250 kΩ
R2=166 kΩ
5.Charakterystyki
a.) z kondensatorem CS=1μF C=10ηF k=g(f) k=kU/kU0
charakterystyka ku(dB)=g(log(f)
b.) z kondensatorem blokującym CS=2μF C=10ηF k=g(f) k=kU/kU0
charakterystyka ku(dB)=g(log(f)
5)Uwagi i wnioski:
Na podstawie wyznaczonych charakterystyk częstotliwościowych można stwierdzić, że głównym zadaniem wzmacniacza jest wzmacnianie sygnału małej częstotliwości (akustycznej).Wzmacniacz powinien być zasilany ze źródła stabilizowanego, gdyż zmiany napięcia zasilania powodują przesunięcie punktu pracy tranzystora, co może wpływać na odkształcenia wzmacnianego sygnału. Włączenie kondensatora równolegle z rezystorem źródłowym wpływa korzystnie na przenoszenie sygnału. Na wejściu w celu ustalenia punktu pracy zastosowany został potencjometryczny dzielnik napięcia zbudowany z rezystorów R1 ,R2.
Ze względu na dużą tolerancję wykonania tranzystorów polowych (dochodzącą w niektórych tranzystorach nawet do kilkudziesięciu procent),zaprojektowany przez nas wzmacniacz, parametrycznie odbiegał od rzeczywistego. Z tego też powodu wzmocnienie uzyskane przez nas wynosiło około 3[V/V].
Wzmacniacz zbudowaliśmy w układzie ze wspólnym źródłem w oparciu o tranzystor SMY-50, dla którego zmierzyliśmy następujące parametry :
-wzmocnienie napięciowe, układ zaprojektowano chcąc uzyskać wzmocnienie około 10 V/V. W zakresie pasma przenoszenia na podstawie pomiarów określiliśmy wzmocnienie na kU=3 V/V (9,54 dB) .
-pasmo przenoszenia w zaprojektowanym wzmacniaczu zależy od kondensatora C parametrów tranzystora, w naszym układzie zastosowano kondensatory 10nF, 100 nF, spowodowało to ustalenie dolnej częstotliwości granicznej na fd(10nF)=54Hz, fd(100nF)=54Hz. Łatwo możemy zauważyć że wartością tej pojemności możemy regulować dolną częstotliwość graniczną. Właściwość tę wykorzystać można przy budowie filtru górnoprzepustowego Górny zakres częstotliwości jest ograniczony głównie pasmem przenoszenia tranzystora. Pasmo to wyznaczono przy 3dB spadku wzmocnienia napięciowego.
Dla otrzymanych pomiarów wykreśliliśmy charakterystyki :
k=g(f) k=kU/kU0
ku(dB)=g(log(f))
Ponieważ na pierwszej charakterystyce wzmocnienie na osi jest wyskalowane liniowo, a w drugiej jest funkcją k=20 log(ku) wykresy te różnią się od siebie, jednak na jednym jak i na drugim wykresie możemy określić fg,fd oraz pasmo przenoszenia.
Ponieważ pomiary były silnie zakłócone przez sieć energetyczną nie mogliśmy dokładnie określić wartości napięć międzyszczytowych szczególnie dla
małych częstotliwości.
Dla omawianego wzmacniacza sprawdziliśmy i wykreśliliśmy oscylogramy napięć wyjściowych dla częstotliwości 1kHz, 10kHz, 100kHz przy wymuszeniu prostokątnym oraz trójkątnym. Możemy zauważyć że najmniejsze zniekształcenia wzmacniacz posiada w zakresie częstotliwości średnich. W paśmie niskich i wysokich częstotliwości sygnał wyjściowy, szczególnie prostokątny, jest silnie zniekształcony.
RD
R1
C
+
wy
Generator
(PZL-1)
Zasilacz
ZT 980-4M
R2
CS
RS
-
B
A
Oscyloskop
DT 516 A