AGH, Wydział EAIiE KATEDRA ELEKTRONIKI			Cezary Klimasz
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI				Semestr: letni
Rok szkolny: 2006/2007	Rok studiów II			Grupa 3, wtorek 9^30
Kierunek: Elektrotechnika				Zespół 1
Temat ćwiczenia: WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC
Data wykonania ćwiczenia:		Data zaliczenia sprawozdania:

1. Wzmacniacz napięciowy

Rys. schemat blokowy wzmacniacza sterowanego ze źródła napięciowego E_g,
o impedancji wewnętrznej Z_g.

Idealny wzmacniacz napięciowy dostarcza napięcia wyjściowego o wartości wprost proporcjonalnej do napięcia wejściowego, a współczynnik proporcjonalności jest niezależny od wartości impedancji źródła i obciążenia.

We wzmacniaczach napięciowych małej częstotliwości tranzystory pracują z reguły w układzie wspólnego emitera OE, ponieważ ten układ odznacza się dużym wzmocnieniem napięciowym i prądowym oraz zbliżonymi do siebie wartościami rezystancji wejściowej i wyjściowej. Wzmacniacze w układzie wspólnego kolektora i wspólnej bazy stosowane są znacznie rzadziej.

2. Podstawowe parametry i ich definiecje wzmacniacza napięciowego RC
   Podstawowowymi parametrami wzmacniacza RC są:

- wzmocnienie napięciowe

,
, g_m - transkonduktancja tranzystora

- impedancję wejściową

- impedancję wyjściową

- rezystancja wejścowa

- pasmo przenoszenia jest to zakres częstotliwości dla których wzmocnienie sygnału wyjściowego maleje nie więcej niż 3dB od wartości maksymalnej wzmocnienia w tym zakresie. Pasmo przenoszenia ograniczone jest dolną oraz górną częstotliwością graniczną.

- dolna częstotliwość graniczna jest to najniższa częstotliwość, dla której wartość wzmocnienia maleje o 3dB od wartości maksymalnej, w zadanym przedziale częstotliwości.

- górna częstotliwość graniczna jest to najwyższa częstotliwość, dla której wartość wzmocnienia maleje o 3dB od wartości maksymalnej, w zadanym przedziale częstotliwości

3. Przykładowy schemat wzmacniacza napięciowego RC.

rys. schemat układu wzmacniacza RC w konfiguracji wspólnego emitera

Wersja ta pozwala na stosowanie tranzystorów o różnych współczynnikach wzmocnienia prądowego bez konieczności doboru rezystorów.

Dla zapewnienia prawidłowej, stabilnej pracy przy różnego rodzaju przebiegach należy przy projektowaniu wzmacniacza zwrócić uwagę na dobór elementów w obwodzie wzmacniacza.

C₁, C₂ - pojemności separujące obwód wejściowy i wyjściowy od składowej stałej. W przypadku, gdyby sygnał wejściowy (wyjściowy) posiadał niezerową składową stałą, wtedy zostanie ona odfiltrowana przez kondensator, który po naładowaniu nie będzie przewodził tejże składowej, więc punkt pracy tranzystora nie ulegnie przesunięciu. Kondensatory te mają znaczny wpływ na wartość dolnej częstotliwości granicznej układu.

R_S - rezystor linearyzujący charakterystykę tranzystora. Jego wartość zazwyczaj jest wielokrotnie większa od rezystancji wejściowej tranzystora.

R₁ i R₂ stanowią dzielnik napięcia, określają punkt pracy tranzystora

R_C - rezystor kolektorowy (wpływający między innymi na wzmocnienie napięciowe i prądowe układu)

R_E - tworzy wraz z rezystorami R₁ i R₂ dzielnik napięcia, ustala punkt pracy tranzystora w ukł. wzmacniacza. Zmiany na tej rezystancji powodują zmianę potencjału emitera i powstanie ujemnego sprzężenia zwrotnego dla prądu stałego. R_E stabilizuje również pkt. pracy pod względem termicznym.

C_E - zwiera emiter z masą dla sygnałów zmiennych. Kondensator ten na ogół ma dużą pojemność (często elektrolityczny). Wpływa na przebieg charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza w zakresie małych częstotliwości.

W procesie napięciowego wzmacniania sygnału uczestniczą jedynie dwa elementy: tranzystor i rezystor R_C. Pozostałe elementy pełną funkcje wspomagającą, kompensującą niedogodności wzmacniacza RC.

4. Charakterystyka wyjściowa tranzystora. Przedstawienie punktu pracy.

Wybór punktu pracy tranzystorów na przykładzie tranzystora bipolarnego.

Przez wybór punktu pracy tranzystora należy rozumieć, wybór punktu na charakterystyce prądowo-napięciowej (np. kolektorowej). Dobór punktu pracy zależy od zakładanych parametrów i warunków pracy tranzystora. Punkt pracy powinien leżeć w obszarze, w którym tranzystor wykazuje liniowe własności wzmacniające (dla tranzystora bipolarnego jest to obszar pracy aktywnej).

Dopuszczalny obszar pracy tranzystora ograniczony jest na charakterystyce wyjściowej:

- minimalnym prądem kolektora I_Cmin, poniżej którego tranzystor przechodzi w stan odcięcia,

- maksymalnym prądem kolektora I_Cmax, powyżej którego pojawiają się znieksztłcenia,

- minimalnego napięcia U_CEmin , duże zniekształcenia,

- maksymalnego napięcia U_CEmax, obawa o przebicie lawinowe lub zjawisko Zenera,

- maksymalnej mocy strat P_Cmax, wynikającej z rozproszenia średniej mocy w tranzystorze i maksymalnej temperatury struktury tranzystora.

Przy doborze punktu pracy należy zwrócić uwagę iż nie da się zapewnić wszystkich parametrów zmiennoprądowych takich jak: wzmocnienie, impedancje we i wy, szumy, pasmo przenoszenia, zniekształcenia nieliniowe, moc wyjściowa itp.

Dynamiczna prosta pracy występuje dla prądu zmiennego, zaś statyczna prosta dla prądu stałego.
Jeżeli układ ma wzmacniać sygnał o dużej amplitudzie, to prąd kolektora w punkcie pracy Q powinien wynosić około 1/2 prądu maksymalnego w obwodzie wyjściowym, a w wyniku tego napięcie U_CE w punkcie pracy będzie wynosiło około 1/2 napięcia zasilania U_CC.

,

Powyższe zależności określają, pod względem wielkości amplitudy niezniekształconego sygnału wyjściowego, wartość i napięcie wyjściowe optymalne - punkt pracy tranzystora.

Nachylenie dynamicznej prostej pracy wynosi
,
zaś nachylenie statycznej prostej pracy wynosi
(jeśli w obwodzie emitera włączona jest rezystancja R_E zbocznikowana pojemnością C_E).

Z_o

Z_in

Z_L

U₂

U₁

Z_g

I₁

E_g

Z_g

V

---