UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 1
UELE Ćw. 2 WZMACNIACZ I PRZEA

CZNIK z TRANZYSTOREM BIPOLARNYM
Zespół Imię i NAZWISKO Wej. Ocena Data Prowadzący
1. Wstęp:
W ćwiczeniu badane sÄ… dwa różne ukÅ‚ady: w części A ­ wzmacniacz rezystorowy z tranzystorem
biplarnym w ukÅ‚adzie wspólnego emitera (ukÅ‚ad maÅ‚osygnaÅ‚owy), w części B ­ przeÅ‚Ä…cznik
tranzystorowy (tranzystor przełączany od zatkania do nasycenia sygnałem o dużej amplitudzie).
Sprzęt niezbędny do wykonania ćwiczenia:
DWT1 ­ wkÅ‚adka dydaktyczna wzmacniacza tranzystorowego;
G­430 ­ przestrajany generator napiÄ™cia sinusoidalnego;
SGP1 ­ wkÅ‚adka specjalizowana ­ generator napiÄ™cia prostokÄ…tnego
(SP2 lub SP1) ­ wkÅ‚adka specjalizowana przeÅ‚Ä…cznika DC;
DS1062CA ­ oscyloskop cyfrowy;
V­544 ­ woltomierz cyfrowy napiÄ™cia staÅ‚ego (lub V­540 lub V­541).
A ­ Wzmacniacz rezystorowy
1. Przygotowanie do pracy w laboratorium
1.1 Z podanej przez prowadzącego tabeli wybierz zestaw parametrów tranzystorowego wzmacniacza
rezystorowego zgodny z numerem zespołu, który stanowisz w grupie laboratoryjnej. Przepisz ten
zestaw poniżej.
ICQ = UCEQ = fd =
Zestaw elementów zadanych:
rezystory (tolerancja ą 1%): Rg = 4,75 kśą, R0 = 10 kśą, R2 = 39 kśą, R1 = 150 kśą
kondensatory elektrolityczne (tolerancja ­50% , +100%): C1 = 10 ÂÄ…F, CE = 470 ÂÄ…F
tranzystor bipolarny typu n­p­n: BC547B: ¸Ä… = 280 A/A Ä…10% (dla IC = 2 mA, UCE = 6 V).
1.2. Zaprojektuj wzmacniacz rezystorowy spełniający wszystkie wymagania projektowe Twojego zestawu
parametrów. W dzielniku zasilającym bazę tranzystora zastosuj tak jak w poprzednim ćwiczeniu rezystory
39 kśą i 150 kśą. Obliczone w trakcie projektowania wartości RE , RC i C2 trzeba zaokrąglić do wartości
zgodnych z występującymi w szeregu E12 (nominalnych): 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82,
czyli elementów o tolerancji ą10 % (zaprojektowany wzmacniacz musi dać się zrealizować za pomocą
wkładki DWT1 oraz elementów dostępnych w laboratorium). Dla tych wartości oblicz i wpisz w ramki
obok schematu ideowego wzmacniacza wartości ICQ i UCEQ (punkt pracy tranzystora). Oblicz i wpisz
poniżej skrajne wartości prądu ICQ i napięcia UCEQ obliczone przy założeniu, że odchyłki spowodowane są
głównie rozrzutem wartości rezystorów emiterowego i kolektorowego.
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 2
Punkt pracy tranzystora dla nominalnych
wartości RE i RC:
ICQ = . . .
UCEQ = . . .
Rozrzut wartości ICQ i UCEQ spowodowany
rozrzutem wartości RE:i RC
. . . < ICQ < . . .
Rys. 1: Schemat ideowy zaprojektowanego wzmacniacza
. . . < UCEQ < . . .
Na rys. 1. obok każdego elementu wpisz jego wartość nominalną (E12). Oblicz i wpisz spodziewane
wartości potencjałow kolektora, bazy i emitera (mierzone względem masy).
1.3. Wpisz obliczone wartości elementów (RC, RE, C2) do tabeli 1. Wpisz również wartości nominalne
z szeregu E12 jakie zastosujesz w laboratorium. Do najniższego wiersza tej tabeli wpiszesz
wartości elementów, które otrzymasz i zmierzysz w laboratorium.
Tabela 1
RC RE C2
Wartość obliczona
Wartość z szeregu E12
Wynik pomiaru
1.4. Dla wartości nominalnych RC, RE i C2 (z szeregu E12) oblicz skuteczne wzmocnienie napięciowe
zaprojektowanego układu, oraz jego dolną i górną częstotliwość graniczną. Możesz założyć, że
wartość pojemności Cjc = 3,5 pF (dane katalogowe: 3,7 pF dla UCB = 5V, 3,5 pF dla UCB =10 V).
Obliczona wartość górnej częstotliwości granicznej będzie zawyżona ponieważ w praktycznym
układzie równolegle do pojemności Cjc dołączona jest pojemność pasożytnicza Cp (zacisków,
ścieżek) o wartości porównywalnej z wartością Cjc. Oblicz maksymalną amplitudę napięcia
wyjściowego przy założeniu, że minimalna wartość napięcia UCEmin =0,2 V. Wyniki obliczeń
wpisz do tabeli 2. Wpisz również informację co jest przyczyną ograniczenia amplitudy w Twoim
układzie (zatykanie, czy nasycanie się tranzystora).
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 3
Tabela 2
kus0 = V/V fd = fg = Uwy max =
Ograniczenie amplitudy spowodowane jest . . .
Rys. 2 Schemat montażowy zaprojektowanego wzmacniacza ­ moduÅ‚ DWT 1
1.5. Zaprojektuj (korzystając z doświadczenia zdobytego w poprzednim ćwiczeniu) schemat blokowy
układu pomiarowego, w którym będziesz mierzyć maksymalną amplitudę napięcia
wyjściowego, skuteczne wzmocnienie napięciowe, oraz dolną i górną częstotliwość graniczną.
Dostępny w laboratorium generator (G430) ma dwa wyjścia połączone równolegle (środkowe i
prawe), a oscyloskop umożliwia cyfrowy pomiar amplitudy i częstotliwości przebiegów w
obydwu kanałach. Wejście CH1 oscyloskopu wykorzystaj do obserwacji i pomiaru Eg, a CH2 do
obserwacji i pomiaru napięcia wyjściowego wzmacniacza.
Rys. 3 Schemat połączeń układu pomiarowego (schemat blokowy)
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 4
2. Część pomiarowa ćwiczenia
2.1. Montaż wzmacniacza i doświadczalne wyznaczenie punktu pracy tranzystora.
2.1.1. Zgromadz
na stanowisku pomiarowym elementy niezbędne do realizacji zaprojektowanego
wzmacniacza. Zmierz wartości rezystancji rezystorów RC i RE oraz pojemność kondensatora C2.
Zanotuj wyniki pomiarów w tabeli 1 (na 2 stronie protokołu).
2.1.2. Wykorzystując wkładkę DWT1 oraz zestaw elementów zmontuj zaprojektowany układ (bez
kondensatorów) zgodnie z rys. 1 i rys. 2. Ustaw we właściwych pozycjach przełączniki P1 i P2.
2.1.3. Do zmontowanej wkładki DWT1, leżącej na blacie stołu laboratoryjnego dołącz napięcia
zasilające. Służy do tego specjalny przewód wielożył przeznaczony do łączenia
owy
pomocniczego wyjścia zasilacza z umieszczoną na zewnątrz ramy wkladką.
2.1.4. Zmierz wartości napięć zasilających oraz napięć stałych na elektrodach tranzystora. Wyznacz
punkt pracy tranzystora. Wyniki pomiarów i obliczeń umieść w tabeli 3.
Uwaga! Pomiary wartości napięć stałych należy wykonać za pomocą woltomierza cyfrowego i specjalnej
sondy DC połączonej z woltomierzem za pomocą wkładki pośredniczącej SP2 (lub SP1) wsuniętej do ramy
zasilającej. Wkładka ta zapewnia połączenie masy układu z wejściem  LO " woltomierza.
Tabela 3
UCC UEE UC UB UE ICQ UCEQ
2.1.5. Wiedząc, jaką wartość mają potencjały na jednej okładce każdego kondensatora (są to
potencjały wyprowadzeń tranzystora) oraz wiedąc, że drugie okładki wszystkich kondensatorów
są na potencjale masy, uzupełnij układ wzmacniacza właściwie włączonymi kondensatorami i
zworą. Dołącz do WE2 wkładki DWT1 wyjście generatora G430 (amplituda powinna być
minimalna). Zmierz powtórnie wartości napięć na elektrodach tranzystora. Wyniki tych
pomiarów powinny być takie same (z dokładnością do dziesiątych części wolta). Jeśli się
zmieniÅ‚y ­ wymieÅ„ z
le włączone lub uszkodzone kondensatory na w pełni sprawne i włącz je
poprawnie.
Uwaga! Kondensatory elektrolityczne (w tym ćwiczeniu: C1 i CE) są elementami wymagającymi ściśle
określonej polaryzacji: wł odwrotnie zostaną albo rozformowane (aluminiowe), albo natychmiast
Ä…czone
zniszczone (tantalowe). Montaż kondensatorów powinien odbywać się przy wyłączonym zasilaniu układu.
2.1.6. Sprawdz
, czy uzyskana wartość ICQ oraz UCEQ mieści się w wyznaczonych granicach. Jeśli tak,
możesz przystąpić do wykonania dalszej części ćwiczenia.
2.2. Pomiar maksymalnej amplitudy napięcia wyjściowego i skutecznego wzmocnienia napięciowego
zmontowanego wzmacniacza.
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 5
2.2.1. Połącz układ pomiarowy zgodnie z zaproponowanym schematem z rys. 3. Dla wygody wkladkę
DWT1 możesz wsunąć w ramę laboratoryjną.
2.2.2. Ustaw taką częstotliwość sygnału wyjściowego generatora G430, aby jej wartość mieściła się w
zakresie średnich częstotliwości pasma przepustowego wzmacniacza, np. fp = 1kHz.
2.2.3. Zaobserwuj na oscyloskopie przy jakiej maksymalnej amplitudzie napięcia na wyjściu
wzmacniacza sygnał nie jest jeszcze obcinany. Zmierz amplitudę tego przebiegu Uwy max. Zmierz
również amplitudę napięcia generatora Eg i częstotliwość. Zapisz wyniki w tabeli 4. Wykorzystaj
możliwości pomiarowe oscyloskopu:
Na płycie czolowej oscyloskopu w polu  MENU naciśnij przycisk  Measure . Po prawej stronie
ekranu pojawi się pionowe  Menu ekranowe . Górnym przyciskiem obsługi tego menu wybierz CH1.
NastÄ™pnym ­  Voltage . Masz do wyboru 10 możliwoÅ›ci. Zalecane jest w przypadku przebiegu
sinusoidalnego wybrać opcję  Vamp . U dołu ekranu pojawi się okienko
 Vamp(1) = 100 mV (100 mV  wartość przykładowa). Jest to podwojona wartość amplitudy
przebiegu sinusoidalnego. Dzieląc ją przez dwa obliczysz amplitudę napięcia z generatora Eg. Powtórz
procedurę dla CH2, żeby otrzymać amplitudę napięcia na wyjściu wzmacniacza. Włącz pomiar
częstotliwości. Górnym przyciskiem obsługi menu ekranowego wybierz CH1 lub CH2, a następnie
środkowym  Time . Pojawi się  podmenu , z którego pokrętłem wybierz  Freq . U dołu ekranu
pojawi siÄ™ okienko  Freq(1)=1k (1k ­ przykÅ‚adowa wartość czÄ™stotliwoÅ›ci) lub  Freq(2)=1k
zależnie od tego, który kanał wybrałeś. Jeśli na ekranie nie mieści się cały okres przebiegu (z
niewielkim zapasem) zamiast wartości częstotliwości pojawią się gwiazdki { Freq(1)=***** }.
Oznacza to, że trzeba zmniejszyć szybkość podstawy czasu pokrętłem  Horizontal .
Tabela 4
Uwy max.= . . . Eg = . . . fp = . . .
2.2.4. Na podstawie otrzymanych wyników odpowiedz na pytania (na dodatkowej kartce).
2.3. Pomiar napięciowego wzmocnienia skutecznego i częstotliwości granicznych wzmacniacza.
Pomiar wzmocnienia i częstotliwości granicznych należy przeprowadzić przy małej amplitudzie
sygnału. Jednak przyjęcie zbyt małej amplitudy może prowadzić do znacznych błędów z powodu
szumów i zakłóceń.
2.3.1. Przełącz wejście wkładki DWT1 do wyjścia generatora, o dziesięciokrotnie mniejszej
amplitudzie (znajduje się po lewej stronie). Przy pomocy oscyloskopu ustaw amplitudę sygnału
podawanego na wejście wzmacniacza równą 10 mV (na wejście CH1 oscyloskopu podajesz
napięcie dziesięciokrotnie większe, a więc na ekranie powinieneś odczytać informację:
 Vamp(1) = 200 mV ). Na wyjściu wzmacniacza powinieneś obserwować sygnał o amplitudzie
mniejszej od zmierzonej w punkcie 2.2.3 (połowa wartości odczytanej w okienku Vamp(2) = ...).
Jeśli amplituda jest większa (przebieg jest zniekształcony) trzeba zmniejszyć amplitudę sygnału,
aż nie będzie widać zniekształceń. Znajdz
częstotliwość f0, przy której wzmocnienie układu jest
największe (amplituda na wyjściu jest największa). Jeśli trzeba skoryguj amplitudę sygnału z
generatora. W tabeli 5a zanotuj amplitudy napięcia wejściowego, wyjściowego i częstotliwość f0.
Oblicz skuteczne wzmocnienie napięciowe (moduł) układu #"kus0#". Oblicz też to wzmocnienie
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 6
wyrażone w decybelach. Przestrajając generator znajdz
częstotliwości graniczne: fg (górną) i fd
(dolną), czyli częstotliwości, dla których skuteczne wzmocnienie napięciowe maleje o 3 dB
(amplituda napięcia wyjściowego maleje do 0,707 wartości dla f0). Sprawdzaj, czy nie zmieniła
się amplituda napięcia na wejściu układu. Oblicz wzmocnienia dla tych częstotliwości. Wyniki
pomiarów i obliczeÅ„ zamieść w tabeli 5a. Uwaga! Dla uÅ‚atwienia ­ nagłówki w tabelkach
odpowiadają napięciom odczytywanym bezpośrednio z oscyloskopu.
Tabela 5a Pomiary wzmacniacza z obciążeniem R0 = 10 kśą
czÄ™stotliwość 20 Fá Eg 2 Fá Uwy #"kus0 #" = Uwy/Eg 20 log #"kus0 #"
f0 kHz mV V V/V dB
fd Hz mV V V/V dB
fg kHz mV V V/V dB
2.3.2. Odłącz obciążenie R0. Powtórz pomiary i obliczenia jak w p. 2.3.1. Wyniki umieść w tabeli 5b.
Tabela 5b
Pomiary wzmacniacza bez obciążenia
czÄ™stotliwość 20 Fá Eg 2 Fá Uwy #"kus0 = Uwy/Eg 20 log #"kus0
f0 kHz mV V V/V dB
fd Hz mV V V/V dB
fg kHz mV V V/V dB
2.3.3. Na rysunku 4 naszkicuj charakterystyki amplitudowe (#"kus (f)#" ) dla obu przypadków i zaznacz
na nich wzmocnienia i częstotliwości graniczne.
Rys. 4 Charakterystyka amplitudowa rezystorowego wzmacniacza napięciowego
2.3.4. Na podstawie wyników pomiarów i obliczeń odpowiedz na pytania (na dodatkowej kartce).
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 7
B ­ PrzeÅ‚Ä…czanie tranzystora bipolarnego
3. Przygotowanie do pracy w laboratorium
W tej części ćwiczenia będzie badany układ klucza tranzystorowego z tranzystorem bipolarnym
BD285. Wybór tego tranzystora ułatwia obserwację czasów przełączania (są dużo większe niż
dla BC547B).
Na Rys. 5 znajduje się schemat układu przełącznika oraz przebieg czasowy sygnału sterującego z
zaznaczonymi wartościami EF i ER.
Rys. 5 Schemat ideowy przełącznika z tranzystorem bipolarnym i przebieg czasowy sygnału
sterujÄ…cego.
3.1.1. Na podstawie nastÄ™pujÄ…cych danych: EC = 5 V, RC = 1 kWð, RB = 4,7 kWð, EF = 4 V, ER = 1 V
wyznacz wartoÅ›ci współczynników przesterowania kF i kR ; przyjmij do obliczeÅ„ bð = 100 A/A,
UBEP = 0,7 V, UCES = 0,2 V. Wyniki obliczeń zamieść poniżej.
kF= kR=
3.1.2. Podaj zależności czasów: opóz
nienia td, narastania tr, przeciÄ…gania (magazynowania) ts, opadnia
tf od wartości współczynników przesterowania kF i kR lub napięć EF ER
( , ) = ( , ) =
td EF ER tr kF kR
( , ) = ( , ) =
ts kF kR ff kF kR
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 8
3.1.3.Oszacuj graniczną wartość EF dla której tranzystor wchodzi w nasycenie (kF = 1).
EF max ( kF = 1 ) = (wart. obliczona)
Na Rys. 6 i Rys. 7 przedstawiono schemat montażowy przełącznika z tranzystorem bipolarnym oraz
schemat blolkowy układu do obserwacji i pomiaru parametrów sygnału wyjściowego przełącznika.
Rys. 6 Schemat montażowy przełącznika z tranzystorem bipolarnym
Rys. 7 Schemat blokowy układu do obserwacji i pomiaru sygnału wyjściowego przełącznika
4. Praca w laboratorium.
4.1.1. Połącz układ pomiarowy zgodnie ze schematem pokazanym na Rys. 7. Włącz częstotliwość
generatora SGP1 ­ 2 kHz. Ustaw najpierw dolny, a nastÄ™pnie górny poziom napiÄ™cia impulsów
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00
UELE Ćw. 2 Wzmacniacz i przełącznik z tranzystorem bipolarnym 9
fali prostokątnej z generatora zgodnie z założeniami (patrz Rys. 5). Na kartce papieru
milimetrowego przedstaw szkice sygnałów: sterującego z generatora i wyjściowego (na
kolektorze tranzystora). Na pierwszym wykresie narysuj proces wÅ‚Ä…czania, na drugim ­
wyłączania tranzystora. Na każdym z nich nanieś podziałkę na osi napięć (oba kanały CH1 i
CH2) i osi czasu. Zaznacz, w jaki sposób odczytasz poszczególne czasy (td , tr , ts , tf.). Pamiętaj,
że czasy są zdefiniowane dla przebiegu prądu kolektora, a na oscyloskopie oglądasz przebieg
napięcia na kolektorze.
4.1.2. Zmierz wartości czasów (td , tr , ts , tf.) i zapisz w tabeli 6.
Tabela 6
td = ts =
tr = tf =
4.1.3. Zmniejszaj powoli współczynnik przesterowania kF (zmniejszając EF) aż do kF = 1 i obserwuj
jak zmieniają się poszczególne czasy. Zaobserwuj co się dzieje, kiedy tranzystor przestaje się
nasycać. W czasie obserwacji nie zmieniaj czułości oscyloskopu.
4.1.4. Na dodatkowej kartce papieru milimetrowego przedstaw szkice przebiegów sygnałów:
sterującego z generatora i wyjściowego (na kolektorze tranzystora) podobnie jak w punkcie
4.1.1. Nie zaznaczaj czasów (td , tr , ts , tf.), ale wykonaj rysunki dla maksymalnej wartości EF
(czyli dla EFmax ) i dla 0,5 EFmax. Pamiętaj o podziałce na obu osiach.
4.1.5. Odpowiedz na pytania.
INSTYTUT SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH PW ­ 2008 18. mar. 2008 23:00