1. WSTĘP TEORETYCZNY

Wzmacniacz jest to urządzenie elektroniczne, które wzmacnia sygnał wejścia kosztem energii pobieranej ze źródła zasilającego. Wzmacniacze można klasyfikować pod wieloma względami jak np. konstrukcji, przeznaczenia, mocy, realizowanej funkcji. Podstawowymi wzmacniaczami są wzmacniacz tranzystorowy i operacyjny.

Wzmacniacz tranzystorowy jest to wzmacniacz, który składa się z tranzystora, elementu półprzewodnikowego mającego zdolność wzmacniania sygnału. Tranzystor w wzmacniaczu może pracować w trzech konfiguracjach.

• Wzmacniacz z tranzystorem o wspólnej bazie. Jest on rzadko spotykany gdyż ma mniejszą impedancje niż inne typy wzmacniaczy.

• Wzmacniacz z tranzystorem pracującym u układzie wspólnego kolektora. Wzmacniacz sygnałowy OC oprócz tranzystora składa się z kondensatora, którego zadaniem jest wycięcie składowej stałej sygnału, dwóch rezystorów, które dodają do sygnału składową stałą, aby amplituda zmieniała się w obrębie wartości dodatnich, kondensatora podłączonego szeregowo, który również wycina składową stałą.

• Wzmacniacz z tranzystorem w układzie o wspólnym emiterze. Ma podobną budowę, co wzmacniacz OC.

Wzmacniacz tranzystorowy

Wzmacniacz operacyjny jest to wielostopniowy, różnicowy wzmacniacz prądu stałego, o bardzo dużym wzmocnieniu napięciowym. Jest on najczęściej używanym układem w elektronice. Składa się on z dwóch wejść nieodwracającego i odwracającego i jednego wyjścia. Aby wzmocnić sygnał z wartości poniżej zera stosuje się podobnie jak w wzmacniaczach tranzystorowych dzielnik napięcia.

Wzmacniacz operacyjny

Logarytmiczna charakterystyka częstotliwościowa jest to najistotniejsza charakterystyka wzmacniaczy. Na osi poziomej znajduje się częstotliwość sygnału sinusoidalnego, a na osi pionowej wzmocnienie. Częstotliwość naniesiona jest w podziałce logarytmicznej, a wzmocnienie w decybelach. Wartość wzmocnienia można, zatem obliczyć ze wzoru:

L(f) = 20log(U_wy/U_we)

Dzięki tej charakterystyce możliwe jest wyznaczenie wzmocnienia poszczególnych harmonicznych sygnału, pasmo częstotliwości przenoszących, wzmocnienie wzmacniacza, oraz stromość zbocza charakterystyki częstotliwościowej.

1. CELE ĆWICZENIA

Wyznaczenie logarytmicznych charakterystyk częstotliwościowych dla wzmacniacza tranzystorowego i operacyjnego.

1. SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO

Wzmacniacz sygnałowy OE.

Wzmacniacz sygnałowy operacyjny.

1. BADANIE WZMACNIACZY O WSPÓLNYM EMITERZE

Lp	f	Uwe	Uwy	M
		[mV]	[V]	[dB]
1	15	[Hz]	320	3,44
2	16		312	3,68
3	18		312	4,16
4	20		312	4,56
5	22		312	4,96
6	24		312	5,36
7	26		312	5,76
8	28		312	6,16
9	30		312	6,48
10	32		312	6,80
11	34		312	7,12
12	36		312	7,28
13	38		312	7,60
14	41		312	7,92
15	45		312	8,32
16	50		312	8,80
17	55		312	9,12
18	65		312	9,68
19	73		312	10,0
20	90		312	10,4
21	120		312	10,9
22	150		312	11,1
23	200		312	11,4
24	500		312	11,7
25	1	[kHz]	312	11,7
26	50		312	10,2
27	150		306	9,81
28	200		306	9,46
29	300		306	8,67
30	400		306	8,14
31	450		306	7,76
32	500		306	7,21

Dla      f = 1   [kHz]        przesuniecie fazowe wynosi        φ = π

Pasmo przenoszenia wynosi 41-450000Hz

1. BADANIE WZMACNIACZA OPERACYJNEGO

Lp	f	Uwe	Uwy	M
		[mV]	[V]	[dB]
1	5	[Hz]	120	1,20
2	6		120	2,40
3	7		120	3,60
4	8		120	4,80
5	9		120	6,40
6	10		120	7,40
7	11		124	8,80
8	12		124	9,60
9	15		128	12,80
10	18		128	12,80
11	100		116	12,20
12	500		116	12,00
13	1	[kHz]	118	11,20
14	5		118	7,30
15	7		118	6,87
16	10		118	6,16

Dla $\ \ \ \ \ f = 1\ \ \ \left\lbrack \text{kHz} \right\rbrack\ \ \ \ \ \ \ \ przesuniecie\ fazowe\ wynosi\ \ \ \ \ \ \ \ \varphi = \frac{\pi}{6}$

Pasmo przenoszenia wynosi 9-10000Hz

1. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA

• Współczynnik wzmocnienia

$$M\left( f \right) = \operatorname{}\left( \frac{U_{\text{wy}}(f)}{U_{\text{we}}} \right)\ \lbrack dB\rbrack\ $$

np:

$$M\left( 12 \right) = 20 \bullet \operatorname{}\left( \frac{9,60}{0,124} \right) = 37,78\ \lbrack dB\rbrack\ $$

1. CHARAKTERYSTYKI

• M(f) dla wznacniacza o wspólnym emiterze:

• M(f) dla wzmacniacza operacyjnego:

1. WNIOSKI

Przeprowadzone doświadczenie pozwoliło nam, osobom nieobytym w elektronice, poznać podstawowe parametry charakteryzujące wzmacniacze. Wykreślone charakterystyki uwidoczniły różnice pomiędzy wzmocnieniem oraz kształtem przebiegu wzmocnienia w zależności od częstotliwości sygnału wejściowego. Przede wszystkim, w przypadku wzmacniacza operacyjnego, charakterystyczny jest skokowy wzrost wzmocnienia oraz jego dalsza stabilizacja w okolicach jednej wartości wzmocnienia. Uzyskane dzięki pomiarom charakterystyki umożliwiły także przybliżony odczyt pasma przenoszenia każdego z wzmacniaczy oraz przypomniały potrzebę stosowania podziałki logarytmicznej. Nie bez znaczenia była także konieczność zrozumienia jednostki jaką jest decybel.

Okazało się jednak, iż przeliczenie wyników na decybele nie zostało przeprowadzone poprawnie. Spowodowane zostało to błędem w notatkach spożądzonych w trakcie laboratorium. Kształt wykresów nie uległ jednak zmianie („uniosły” się jedynie), a co za tym idzie, pasma przenoszenia poszczególnych wznacniaczy również się nie zmieniły. Odpowiadając na pytanie prowadzącego: zakres pasma przenoszenia dla wzmacniacza o wspólnym emiterze, podobnie jak dla wzmacniacza operacyjnego, wyznaczylismy prowadząc konodę dla określonej wartości wzmocnienia. Wartość ta przypada dla wartości 0,707 amplitudy najwyższego i najniższego punktu wykresu. Taką metodę wyznaczania pasma przenoszenia zanotowaliśmy w trakcie trwania laboratorium.