Surdyka Edyta Rzeszów, 12.10.2015
Nizioł Magdalena
Pachołek Tomasz
ET-DI-3
L2

ANALOGOWE UKŁADY ELEKTRONICZNE – LABORATORIUM

TRANZYSTOR W UKŁADZIE WZMACNIACZA OE

1. Cel ćwiczenia

Ćwiczenie składa się z takich elementów jak obserwacja charakterystyk przejściowych, pomiary parametrów małosygnałowych tranzystora i wzmocnienia wzmacniacza oraz obserwacja zjawiska wymiany pasma na wzmocnienie.

1. Wykorzystana aparatura:

- wkładka charakterograficzna XY SN7212
- generator skoku napięcia SN1011
- generator sinusoidalny przestrajany SN2013
- woltomierze ac TRUE RMS
- oscyloskop cyfrowe

1. Schematy pomiarowe

Układ pomiarowy do obserwacji charakterystyki przejściowej.

1. Wyniki pomiarów

Obserwacja ch-ki przejściowej:

Elementarny układ wzmacniający z tranzystorem bipolarnym.

Przebieg zarejestrowany przy pomocy oscyloskopu.

Przebieg z oznaczonymi asymptotami i równaniami tych asymptot.

Wyznaczenie współczynnika wzmocnienia prądowego:

U_we = 0,667V, U_wy = 4,225V, U_BE = 0,66V

$$\beta = \frac{I_{c}}{I_{B}} = \frac{U_{\text{CC}} - U_{\text{WY}}}{R_{C}} \bullet \frac{R_{g}}{U_{\text{WE}} - U_{\text{BE}}} \approx 257$$

Pomiar parametrów małosygnałowych:

Punkt pracy	Parametry małosygnałowe
EG	UWE2
V	V
0,6213	0,6081
0,6665	0,6332
0,6987	0,6459
0,7296	0,6553
0,7538	0,6614
0,7836	0,6682
0,8079	0,6730
0,8339	0,6779
0,8644	0,6834
0,9073	0,6889

Wykorzystane wzory:

$${I}_{C} = \frac{{U}_{\text{WY}}}{R_{C}}$$

$${h_{21} = \frac{{I}_{C}}{{I}_{B}}\backslash n}{g_{m} = \frac{{I}_{C}}{{U}_{\text{WE}2}}}$$

Obliczone wartości parametrów hybrydowych mieszczą się w określonych przedziałach katalogowych

Małosygnałowy schemat zastępczy układu pomiarowego.

Wyznaczenie współczynnika sprawności złącza:

IC	gm	η
mA	mS
0,299	15,08	0,792
0,775	37,2	0,833
1,265	50,34	1,005
1,799	67,6	1,064
2,229	78,61	1,134
2,783	90,23	1,234
3,242	98,87	1,312
3,736	105,7	1,414
4,306	115,6	1,490
4,800	25,89	7,417

$\eta = \frac{I_{C}}{U_{T} \bullet g_{m}},\ \text{gdzie}:\ U_{T} = 25\text{mV}$

Wzmacniacz pasmowy OE.

Schemat ideowy jednostopniowego wzmacniacza OE.

Małosygnałowy schemat zastępczy wzmacniacza OE.

Obliczenia projektowe:

Wartości zadane:
|k_us0| = 20, V/V
f_d3dB = 30, Hz

R_we = R₁ || R₂ || h₁₁ = 5818, 6 Ω

$$k_{\text{us}0} = \frac{R_{\text{we}} \bullet k_{u0}}{R_{\text{we}} + R_{g}}\ \ \ = > k_{u0} = \frac{R_{\text{we}} + R_{g}}{R_{\text{we}}} \bullet k_{\text{us}0} = 54,373\ (\text{dla}\ \text{OE} - \ k_{u0} = - 54,373)$$

$${k_{u0} = - g_{m} \bullet (R_{C}|\left| R_{O} \right) = - g_{m}\frac{R_{C} \bullet R_{O}}{R_{C} + R_{O}}\backslash n}{R_{C} = \frac{- \frac{k_{u0}}{g_{m}} \bullet R_{O}}{R_{O} + \frac{k_{u0}}{g_{m}}} \approx 1,5\ k\mathrm{\Omega}}$$

$$C_{2} = \frac{1}{2\pi f_{d3\text{dB}}\left( R_{O} + R_{C} \right)} = 52,5\ \text{nF}$$

Zastosowane elementy:

R_C = 1491 Ω, C₂ = 60 nF

f	UWE	UWY	ku	ku
Hz	mV	V	V/V	dB
15	88	0,6	6,818	16,673
20	92	0,88	9,565	19,614
23	92	0,96	10,435	20,370
24,5	92	1	10,870	20,724
25,5	92	1,04	11,304	21,065
26,6	92	1,08	11,739	21,393
28	92	1,08	11,739	21,393
30	92	1,12	12,174	21,709
34	92	1,24	13,478	22,593
40	92	1,281	13,924	22,875
44	92	1,36	14,783	23,395
50	92	1,44	15,652	23,891
75	92	1,56	16,957	24,587
100	92	1,68	18,261	25,230
150	92	1,68	18,261	25,230
215	92	1,68	18,261	25,230
300	92	1,68	18,261	25,230
530	92	1,68	18,261	25,230
1600	92	1,68	18,261	25,230
5000	92	1,68	18,261	25,230
10000	92	1,68	18,261	25,230
20000	92	1,68	18,261	25,230
56000	92	1,52	16,522	24,361
70000	92	1,44	15,652	23,891
100000	92	1,32	14,348	23,136
200000	92	0,92	10,000	20,000
300000	92	0,72	7,826	17,871
400000	92	0,6	6,522	16,287
500000	92	0,44	4,783	13,593
650000	92	0,444	4,826	13,672
800000	92	0,4	4,348	12,765
1000000	92	0,36	3,913	11,850
1500000	92	0,28	3,043	9,667
2000000	92	0,24	2,609	8,328
3500000	92	0,16	1,739	4,807

Częstotliwości załamań charakterystyki:

$${f_{1} = \frac{1}{2\pi\tau_{1}} = \frac{1}{2\pi C_{1}\left( R_{g} + R_{\text{we}} \right)} = 6,707\ \text{Hz}\backslash n}{f_{2} = \frac{1}{2\pi\tau_{2}} = \frac{1}{2\pi C_{2}\left( R_{C} + R_{O} \right)} = 26,263\ \text{Hz}\backslash n}{f_{E} = \frac{1}{2\pi\tau_{E}} = \frac{1}{2\pi C_{E}R_{E}} = 0,219\ \text{Hz}\backslash n}{{f'}_{E} = \frac{1}{2\pi{\tau'}_{E}} = \frac{1}{2\pi C_{E}\left\lbrack R_{E}||\ \frac{\left( R_{1}\ ||\ R_{2}\ ||\ R_{g} \right) + h_{11}}{h_{21} + 1} \right\rbrack} = 122,268\ \text{Hz}}$$

Teoretyczna wartość dolnej częstotliwości granicznej: f_d = f₂ = 26,263 Hz

Wymiana pasma na wzmocnienie.

Pomiary przy R_C = 2,66 kΩ

f	UWE	UWY	ku0
kHz	mV	V	V/V
3,7	76	2,32	30,52
5,5	76	2,32	30,52
153	76	1,15	15,13

1. Wnioski

Celem naszego laboratorium było zbadanie wzmacniacza tranzystorowego w układzie wspólnego emitera oraz wyznaczenie jego parametrów. Początkowym zadaniem było obliczenie wartości małosygnałowych tranzystora oraz porównanie ich w wartościami katalogowymi. Jak widać powyżej wartości przez nas obliczone mieszczą się w granicach błędu, co świadczy o poprawności naszych obliczeń. Współczynnik sprawności złącza wynosi w przybliżeniu 1 w całym zakresie. Przyczyną niedokładności jest zbadanie tranzystora
w zbyt wąskim zakresie.

Kolejnym zadaniem było wyznaczenie pasma przenoszenia wzmacniacza. W zadaniu projektowym obliczyliśmy wartości kondensatora C2 oraz rezystora Rcw taki sposób, aby układ spełniał wcześniej założone warunki. Po zbadaniu widma częstotliwościowego wyznaczyliśmy charakterystykę oraz zauważyliśmy, że nasze warunki nie są w pełni spełnione. Powstałe różnice są spowodowane wartościami parametrów, jakich wcześniej nie zakładaliśmy jak m.in. inna wartość rezystora Rc oraz pojemność kondensatora C2. Z powodu braku dokładnych elementów w laboratorium, użyliśmy zamienników o wartościach najbardziej zbliżonych do obliczeń.

Zastosowanie około dwukrotnie większej wartości rezystora R_C spowodowało zmianę
w szerokości pasma, jak i wartości wzmocnienia. Zmiana pozwoliła uzyskać ok. dwukrotnie większe wzmocnienie, jednak odbyło się to kosztem znacznego zawężenia pasma. Spowodowane brakiem czasu przerwanie ćwiczenia nie pozwoliło nam na wyznaczenie pola wzmocnienia.