Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 5 Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera. I. Cel ćwiczenia Badanie właściwości dynamicznych wzmacniaczy tranzystorowych pracujących w układzie wspólnego emitera. Dynamiczna prosta pracy. Wpływ sprzężenia zwrotnego na właściwości wzmacniaczy. II. Układ pomiarowy Wszystkie pomiary należy wykonać z wykorzystaniem makiety: Punkt pracy tranzystora bipolarnego przedstawionej na rysunku poniżej. Tranzystory:. BD243C 2. BC BF N3055 Rys.. Makieta Punkt pracy tranzystora bipolarnego Makieta wymaga zasilania z dwóch zasilaczy AC i AC2. Podczas wykonywania pomiarów należy pamiętać o nieprzekraczaniu dopuszczalnych wartości napięć i prądów.

2 III. Przebieg ćwiczenia. Wyznaczyć parametry robocze wzmacniacza pracującego w konfiguracji wspólnego emitera OE, R E 0, R C 0, R B. a) wyznaczyć analitycznie punkt pracy tranzystorów (zależności 2-4, punkt IV), do obliczeń przyjąć: napięcie zasilania U CC 5V, napięcie na przewodzącym złączu B-E U BE 0,7 V, U EY przyjąć wartość otrzymaną w ćwiczeniu 2, lub 00 V, φ T 26 mv, β z charakterystyki przejściowej tranzystorów, obliczenia przeprowadzić dla wszystkich tranzystorów oraz wszystkich kombinacji rezystorów zasilających (przyjąć wartość rezystora R N 0), sprawdzić czy tranzystor nie jest nasycony, b) na podstawie nachylenia dynamicznej prostej pracy oszacować wartość niezniekształconego napięcia wyjściowego, do obliczeń przyjąć R L 5, kω, c) korzystając z informacji zawartych w tabeli wyznaczyć parametry tranzystora i parametry robocze wzmacniacza, do obliczeń przyjąć R G 50 Ω, obliczenia wykonać tylko dla wzmacniaczy, w których tranzystor nie jest nasycony. 2. Pomiar wybranych parametrów roboczych wzmacniacza pracującego w układzie wspólnego emitera a) na podstawie obliczeń wykonanych w poprzednim punkcie, wybrać jedną konfigurację wzmacniacza (typ tranzystora, jego punkt pracy) b) ustawić odpowiednio wartości rezystorów polaryzujących, wartość napięcia zasilania, tak aby tranzystor pracował w założonym punkcie pracy, c) zewrzeć przewodem zaciski U RN, d) zmierzyć napięcie U CEQ oraz prąd I CQ i porównać z wartościami teoretycznymi, e) obciążyć układ rezystancją R L 5, kω można wykorzystać dostępny na stanowisku rezystor dekadowy, pod warunkiem, że nie zostanie przekroczony maksymalny prąd; uwaga! rezystor ten należy podłączyć do zacisków: HI-U CEQ oraz LO-U RE, f) podłączyć do układu generator drgań sinusoidalnych, amplitudę sygnału ustalić tak, aby na wyjściu otrzymać niezniekształcony sygnał, częstotliwość dobrać w paśmie przenoszenia wzmacniacza, czyli tak aby amplituda sygnału wyjściowego była maksymalna przy zadanej amplitudzie sygnału wejściowego (w praktyce około 0kHz), g) do wejścia i wyjścia układu podłączyć oscyloskop, h) wyznaczyć wzmocnienie napięciowe układu K U, i) regulując amplitudę sygnału wejściowego określić maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego, j) wyznaczyć częstotliwość graniczną f g (3 db) wzmacniacza. 3. Wyznaczyć parametry robocze wzmacniacza z emiterowym sprzężeniem zwrotnym, R E 0, R C 0, R B. a) dla tranzystora, który został wybrany w punkcie 2 wyznaczyć analitycznie punkt pracy (zależności 5-7, punkt IV), do obliczeń przyjąć dane jak w punkcie.a, obliczenia przeprowadzić dla wartości R C, R B ustawionych w punkcie 2 oraz obydwu dostępnych wartości R E, 2

3 b) na podstawie nachylenia dynamicznej prostej pracy (zal. ) oszacować wartość niezniekształconego napięcia wyjściowego, do obliczeń przyjąć R L 5, kω, c) korzystając z informacji zawartych w tabeli 2 wyznaczyć parametry tranzystora i parametry robocze wzmacniacza, do obliczeń przyjąć R G 50 Ω, dla obydwu wartości rezystancji R E. 4. Pomiar wybranych parametrów roboczych wzmacniacza z emiterowym sprzężeniem zwrotnym a) na podstawie obliczeń wykonanych w poprzednim punkcie, wybrać jedną konfigurację wzmacniacza (punkt pracy), b) ustawić odpowiednio wartości rezystorów polaryzujących, wartość napięcia zasilania, tak aby tranzystor pracował w założonym punkcie pracy, c) zewrzeć przewodem zaciski U RN, d) zmierzyć napięcie U CEQ oraz prąd I CQ i porównać z wartościami teoretycznymi, e) obciążyć układ rezystancją R L 5, kω, f) podłączyć do układu generator drgań sinusoidalnych, amplitudę sygnału ustalić tak, aby na wyjściu otrzymać niezniekształcony sygnał, częstotliwość dobrać w paśmie przenoszenia wzmacniacza, g) do wejścia i wyjścia układu podłączyć oscyloskop, h) wyznaczyć wzmocnienie napięciowe układu, i) regulując amplitudę sygnału wejściowego określić maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego, j) wyznaczyć częstotliwość graniczną (3 db) wzmacniacza. IV. Podstawowe wiadomości niezbędne do wykonania ćwiczenia Wybór punktu pracy wzmacniacza tranzystorowego (statyczne napięcie U CEQ oraz prąd I CQ ) ma decydujący wpływ na jego parametry dynamiczne. Charakter zależności parametrów tranzystorów od punktu pracy powoduje, że przyjęcie określonych wartości napięć i prądów polaryzujących jest często wynikiem kompromisu, np. pomiędzy wzmocnieniem i pasmem. Nie istnieje jednoznaczna metoda określania optymalnego punktu pracy []. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowy schemat wzmacniacza pracującego w konfiguracji OE. Do wejścia wzmacniacza dołączono źródło sygnału E G, o rezystancji wewnętrznej R G. Do wyjścia wzmacniacza podłączono obciążenie R L. Odseparowanie źródła i obciążenia od składowych stałych zapewniają odpowiednio kondensatory C i C2. W zakresie średnich częstotliwości, gdzie pojemności C i C2 możemy potraktować jako zwarcie, można zauważyć, że rezystancja obciążenia wzmacniacza jest równoległym połączeniem R C i R L. Skutkiem tego prosta pracy, która dla sygnałów zmiennych nazywa się dynamiczną prostą pracy jest bardziej stroma i jej nachylenie, w tym układzie określa zależność: arctg. () Większe nachylenie prostej dynamicznej powoduje wcześniejsze ograniczenie amplitudy sygnału wyjściowego. Prosta dynamiczna przechodzi przez statyczny punkt pracy tranzystora, ponieważ dla wejściowego sygnału sterującego równego zeru punkt pracy tranzystora przyjmuje położenie U CEQ, I CQ (rys. 3). 3

4 Rys. 2. Układ wzmacniacza tranzystorowego pracującego w konfiguracji wspólnego emitera Rys. 3. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora z naniesionymi prostymi pracy: statyczną i dynamiczną W ćwiczeniu 3 wyznaczone zostały parametry tranzystora w zależności od jego punktu pracy. Parametry robocze wzmacniacza tranzystorowego, dla konfiguracji dostępnych w laboratorium (rys. 2, rys. 4) przedstawiono poniżej. Tab.. Parametry wzmacniacza w układzie OE Parametry tranzystora: + " 2$% " " ' " +" ( * + ) Parametry robocze: ' -. ' - * + - / * +0 * ' ' / - 4 ' % 5 2$" ' ' - 3 4

5 Analityczne zależności pozwalające wyznaczyć punkt pracy tranzystora: I :; < :, I., -. (2-4) Rys. 3. Układ wzmacniacza tranzystorowego z emiterowym sprzężeniem zwrotnym Tab.2. Parametry wzmacniacza z emiterowym sprzężeniem zwrotnym Parametry tranzystora: + " 2$% " " ' " +(+)- +" ( * + ) Parametry robocze: ' -. [ +- (+)] ' - * + - / +- (+) - - * +0 * ' ' / - 4 ' % 5 2$" ' ' - 3 V. Pytania kontrolne I :; < : A B (CA), I., (- +- ). (5-7). Parametry robocze wzmacniacza tranzystorowego. 2. Dynamiczna prosta pracy. 3. Pasmo przenoszenia wzmacniacza, 3 db częstotliwość graniczna. 4. Wpływ sprzężenia zwrotnego na parametry wzmacniacza tranzystorowego. Literatura. A. Prałat [red.] laboratorium układów elektronicznych. Część II, Oficyna Wydawnicza PWr Wrocław Z. Nosal, J. Baranowski, Układy elektroniczne cz. I. Układy analogowe liniowe, WNT Warszawa A. Guziński, Liniowe elektroniczne układy analogowe, WNT Warszawa 993U. Tietze, Ch. Schenk, 4. Układy półprzewodnikowe, WNT Warszawa 996 5