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 wzmacniania 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.

Parametry układu:

E_Z = const = 12 V

U_BE = 0,7V

f = 1000 Hz

Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza

Z oscyloskopu odczytaliśmy amplitudy sygnału wejściowego U_WE i wyjściowego U_WY dla częstotliwości f = 1 kHz i wykreśliliśmy charakterystykę..

Uwy	Uwe
0	0
1,5	0,06
2,5	0,1
3,4	0,13
4,1	0,15
4,5	0,16
5	0,19
5,4	0,2
5,5	0,22
6	0,26
6	0,3

Z charakterystyki możemy odczytać, że dla wartości Uwy do 5 [V] charakterystyka jest liniowa. Powyżej tej wartości przestaje być liniowa, czyli wzmacniacz zaczyna wprowadzać coraz większe zniekształcenia.

Parametry graniczne - maksymalne napięcia i prądy elektrod, maksymalna moc tracona - określają zakres bezpiecznej pracy elementu. Najważniejszym zadaniem wzmacniacza mocy jest uzyskanie maksymalnej mocy wyjściowej; wzmocnienie natomiast jest sprawą drugorzędną. Z mocą wyjściową wiążą się zniekształcenia nieliniowe. Trzy czynniki: użyteczna moc wyjściowa, sprawność energetyczna i zniekształcenia nieli­niowe są ze sobą ściśle związane.

Duży poziom sygnału we wzmacniaczach mocy wymaga pełniejszego wykorzys­tania maksymalnych wartości mocy, prądów i napięć dopuszczalnych dla tranzysto­ra. Moc wyjściowa jest ograniczona głównie maksymalną dopuszczalną mocą traconą w kolektorze P_Cmax, która z kolei zależy od maksymalnej dopuszczalnej temperatury złącza T_jmax i temperatury otoczenia T_a

Praca wzmacniacza w obszarze zakreskowanym jest niedopuszczalna. W celu uzyskania maksymalnej mocy wyjściowej wzmacniacza mocy należy właściwie dobrać punkt pracy. Musi on być stabilny, ponieważ jego przesunięcie może spowo­dować przekroczenie maksymalnej straty mocy i zniszczenie tranzystora.

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.

2

---