Laboratorium układów elektronicznych
Temat ćwiczenia: Wzmacniacze Napięciowe z tranzystorami MOS
Wydział:	Kierunek: Elektronika i Telekomunikacja		Rok: II
Imię i nazwisko:		Data wykonania ćwiczenia:	Uwagi:	Rok akademicki:

DANE:

Tranzystor BF245B

R₀ = 22[kΩ]

k_u0 = -15[V/V]

f_{d(3 dB)} = 50[Hz]

U_DD = 15[V]

U_SS = -15[V]

Schemat:

Rys 1. Schemat ideowy rezystorowego wzmacniacza napięciowego z tranzystorem JFET w konfiguracji OS

Rys 2. Małosygnałowy schemat zastępczy wzmacniacza w zakresie średnich częstotliwości

Obliczenia:

Przyjmujemy, że: R = 1 [MΩ].

Wychodząc z wzmocnienia napięciowego w zakresie średnich częstotliwości:

, gdzie R_D0 = R_D||R₀

oraz przyjmując założenie, że dla składowej stałej potencjał drenu wynosi 0, otrzymujemy wyrażenie na prąd drenu:

Przyjmujemy:

Po przekształceniach otrzymujemy równanie kwadratowe:

Do obliczeń potrzebne będą wartości napięcia progowego tranzystora U_P (od -3,9[V] do -4,1[V], przyjmujemy wartość uśrednioną U_P = -4[V]) i prądu nasycenia I_DSS (od 12[mA] do 13[mA], przyjmujemy wartość uśrednioną I_DSS = 12,5[mA]).

Po rozwiązaniu powyższego równania otrzymujemy dwie wartości x:

x₁ = 0,47 lub x₂ = 2,11

i odpowiednio dla tych wartości:

R_D1 = 10[kΩ], R_D2 = 46,5[kΩ]

z powyższych wyników wybieramy R_D1 gdyż przy R_D2 tranzystor zaczyna się odcinać

R_D0 = 7[kΩ]

Liczymy prąd drenu:

I_D = 1,47[mA]

Napięcie bramka-źródło (U_GS) oblicza się na podstawie równania charakterystyki tranzystora w zakresie nasycenia:

U_GS = -2,63[V]

Wartość R_S wyznaczamy z zależności:

R_S = 1,8[kΩ]

Następnie obliczamy napięcie dren-źródło w celu sprawdzenia położenia punktu pracy w obszarze nasycenia:

U_DS = 12,35[V]

Transkonduktancja układu wynosi:

g_m = 2,14[mS]

Pojemność blokującą źródło C_S wyliczymy przekształcając wzór:

, gdzie

stąd:

C_S = 8[μF]

Biegun
można uznać za dominujący, gdy:

Z powyższych wzorów wyliczamy C_S1:

C_S1 = 30[nF]

Dla powyższych wartości elementów przeprowadziliśmy symulację w programie PSpice, oraz dobraliśmy elementy z szeregu E24 dla rezystorów oraz z szeregu E6 dla kondensatorów i uzyskaliśmy charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową zgodną z założonymi danymi projektowymi:

R_D = 10[kΩ] C_S = 10[μF]

R_S = 1,8[kΩ] C_S1 = 33[nF]

R_G = 1[MΩ]

Schemat połączeń układu

Schemat ideowy badanego wzmacniacza na wkładce DWT 1.

Wygląd płytki drukowanej wkładki DWT 1.

Schemat blokowy połączeń aparatury.

Sprzęt niezbędny do wykonania ćwiczenia:

DWT 1 - wkładka dydaktyczna wzmacniacza tranzystorowego,

SGS 1 - wkładka generatora sinusoidalnego przestrajanego,

SD 1 - wkładka przetwornika ac/dc wartości szczytowej,

SN 4222- wkładka przełącznika ac,

SR 1 - wkładka rozgałęziacza sygnału ac,

oscyloskop dwukanałowy,

woltomierz cyfrowy,

częstościomierz cyfrowy,

miernik zniekształceń nieliniowych,

podwójna rama z zasilaczami,

tranzystory wymienne,

rezystory wymienne,

kondensatory wymienne, zwory.

Sprawozdanie

Ad. 5.2 Weryfikacja projektu:

Zmierzony punkt pracy:

1. bez obciążenia:

U_GS = -2,38[V]

U_DS = 12,35[V]

U_D = 0,01[V]

I_D = 1,498[mA]

2. z obciążeniem:

U_GS = -2,38[V]

U_DS = 12,345[V]

U_D = 0,00[V]

I_D = 1,500[mA]

Otrzymane wzmocnienie: k_usmax = -16[V/V]

Częstotliwości graniczne: f_d = 43[Hz]

fg = 149[kHz]

Ad. 5.2.4 Problemy:

1. Wyznaczona doświadczalnie wartość wzmocnienia pokrywa się z założoną. Minimalna różnica jest spowodowana tolerancją wartości elementów.

2. Kształt sygnału wyjściowego jest niezniekształcony aż do wartości międzyszczytowej około 16[V] (patrz charakterystyka przejściowa). Natomiast przy wyższych wartościach tego sygnału następuje zniekształcenie (spłaszczenie) wierzchołków sinusoidy, co jest spowodowane wchodzeniem tranzystora w obszar liniowy lub w odcięcie. Obrazuje to zagięcie charakterystyki przy wyższych napięciach wejściowych

Ad 5.3.2 Częstotliwości graniczne:

W celu wyznaczenia częstotliwości granicznych wzmacniacza, korzystając ze znalezionego wcześniej maksymalnego wzmocnienia w zakresie średnich częstotliwości obliczamy graniczną wartość wzmocnienia (k_{us max} - 3dB). Następnie, znając amplitudę przebiegu wejściowego obliczamy graniczną amplitudę sygnały wyjściowego. Dalej szukamy częstotliwości, przy których przebieg wyjściowy przyjmuje takie amplitudy. Znalezione w ten sposób częstotliwości to górna i dolna częstotliwość graniczna wzmacniacza, wynoszą one: f_d = 43[Hz], f_g = 149[kHz]. Dolna częstotliwość graniczna wzmacniacza jest zgodna z przewidywaniami, natomiast górna jest wyraźnie niższa od tej uzyskanej na drodze symulacji. Może być to spowodowane większymi niż w symulacji rzeczywistymi pojemnościami wewnętrznymi tranzystora.

1

---