Wzmacniacz Tranzystorowy

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami wzmacniaczy tranzystorowych, oraz ich zastosowaniami.

2. Wstęp Teoretyczny

Wzmacniacze elektroniczne służą do wzmacniania mocy sygnałów elektrycznych. Stosowane dawniej układy lampowe zostały zastąpione układami tranzystorowymi. Wzmacniacze tranzystorowe są podstawowymi układami stosowanymi obecnie do wzmacnienia sygnałów. Wzmocnienie to odbywa się kosztem energii doprowadzonej do wejścia wzmacniacza ze źródła zasilającego. Podstawowymi elementami w układzie wzmacniacza są tranzystory bipolarne i unipolarne, które muszą być odpowiednio spolaryzowane w celu zapewnienia odpowiednich warunków pracy określonych przez ich producenta. Układy wzmacniające mogą być zbudowane w konfiguracjach: wspólny emiter, wspólny kolektor oraz wspólne źródło.

Podstawowym wymaganiem stawianym przed wzmacniaczem jest zachowanie kształtu sygnału. Wzmacniacz tranzystorowy jest wzmacniaczem średnich częstotliwości.`

Najczęściej spotykane są wzmacniacze ze wspólnym emiterem. Jego budowa umożliwia większe wzmocnienie mocy niż układy ze wspólną bazą i wspólnym kolektorem. Wzmacniacz taki powoduje przesunięcie fazy równe ∏ między napięciem wejściowym i wyjściowym.

Wzmacniacz w układzie ze wspólnym emiterem

Wybór punktu pracy wzmacniacza i jego stabilizacja mają istotny wpływ na pracę wzmacniaczy i decydują o wzmocnieniu, mocy wyjściowej, poziomie szumów, zniekształceniach nieliniowych oraz rezystancji wejściowej i wyjściowej. Tranzystor jest elementem silnie nieliniowym i jego parametry zależą od napięcia i prądu Prąd kolektora zależy nie tylko od elementów układu, lecz także od ujemnych czynników zewnętrznych takich jak: zmiana napięcia zasilającego, zmiana temperatury, zmiana współczynnika wzmocnienia statycznego β₀ itp. Należy tak projektować układy, ale zmniejszyć do minimum wpływ czynników ujemnych.

Przy projektowaniu wzmacniaczy prądu stałego szczególnego znaczenia nabiera stabilizacja punktu pracy, ponieważ każda zmiana punktu pracy jest traktowana jako sygnał. Niestałość punktu pracy jest nie tylko przyczyną niewłaściwej pracy układu, lecz często prowadzi do zniszczenia tranzystora. Spośród czynników powodujących niestałość punktów pracy układu tranzystorowego najważniejszą jest zmienność temperatury. Zwarciowy współczynnik wzmocnienia prądowego rośnie ze wzrostem temperatury 0,3 -0,5 nK .

3. Przebieg Ćwiczenia

W trakcie ćwiczenia wykorzystywaliśmy wzmacniacz tranzystorowy ze wspólnym emiterem. Pierwsza część ćwiczenia obejmowała przygotowanie wzmacniacza do pracy na poziomie prądu stałego

Parametry układu:

E_Z = const = 12 V C_A = 10 μF

U_BE = 0,7V C_B = 10 μF

β = 200 C_E = 100 μF

R_A = 47 kΩ

R_B = 5,7 kΩ

R_C = 33 kΩ

R₁ = 100 Ω

R₂ = 230 Ω

β = I_C/I_B

Najpierw obliczyliśmy spadek napięcia na opornikach R1 i R2

U_R1R2 = 1,25 V - 0,7 V = 0,55 V

Następnie możemy obliczyć U_CE

U_CE = 6,25 V - 0,55 V = 5,75 V

Dane te pozwalają nam obliczyć prądy I_C i I_B

I_C = (12 V - 6,25 V) / 3300 = 1,7 mA

I_B = I_C/ β = 8,6 μA

Posiadane przez nas dane pozwalają na wyznaczenie najlepszego punktu pracy.

E_Z/R_C = 0,0036 A E_Z = 12 V Q - Optymalny punkt pracy

Z wykorzystaniem oscyloskopu odczytaliśmy amplitudy sygnału wejściowego U_WE i wyjściowego U_WY dla okresu T = 1 kHz

U_WE = 50 mV

U_WY = 1,8 V

Odczytanie tych wartości pozwoliło nam obliczyć wzmocnienie napięciowe K_U

K_U = U_WE/ U_WY

K_U = 36

Również z wykorzystaniem oscyloskopu udało nam się odczytać wartość górnej częstotliwości granicznej.

f_g = 64 kHz

4. Zastosowanie

Wzmacniacze tranzystorowe należą do wzmacniaczy średnich częstotliwości. Stosowane są głównie w układach wzmacniaczy akustycznych

Przy stosowaniu wzmacniaczy tranzystorowych bardzo ważne jest zapewnienie stałej temperatury pracy układu, gdyż nawet jej małe zmiany mogą prowadzić do poważnych zakłóceń zakłóceń funkcjonowaniu tranzystora a nawet jego zniszczenia. Wpływ zmian temperatury jest szczególnie brany pod uwagę w przypadku tranzystorów krzemowych.

---