POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
ELEKTRONIKA
Sprawozdanie z laboratorium:
WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY
BĄK Wojciech
EN-DI 2 L1
Zespół B
Rzeszów 2012/2013
POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
ELEKTRONIKA
Sprawozdanie z laboratorium:
WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY
BĄK Wojciech
EN-DI 2 L1
Zespół B
Rzeszów 2012/2013
Wpływ elementów na prace wzmaczniacza:
Rezystor R
C
– służy do ustalenia spoczynkowej wartości prądu I
CO
Kondensator sprzęgający C
S
– służy do oddzielenia składowej stałej od składowej zmiennej.
Rezystor R
E
– pełni rolę ujemnego sprzężenia zwrotnego. Stabilizuje pracę tranzystora,
niweluje zmianę napięcia zasilającego i zmianę temperatury. Powoduje też zmniejszenie
wzmocnienia układu.
Kondensator C
E
– eliminuje ujemne sprzężenie zwrotne dla składowej zmiennej.
Pojemność kondensatorów C
S
i C
E
jest duża (rzędu
F). Powinny one stanowić zwarcie dla
sygnałów o największej częstotliwościach akustycznych.
Wyznaczenie teoretyczne parametrów
Za punkt pracy przyjęliśmy punkt o wartościach U
CE
=5 V , Ic=16,8 mA oraz β=183.
U
CC
=2*U
CE
= 10V
I
C
= 16,8mA
β = 183
U
RE
= 0,1U
CC
= 1V
I
1
=10 I
B
= 0,9mA
I
2
= 9 I
B
=0,81mA
R
E
=
=
Ω
U
C
= U
CC
- U
RE
- U
CE
= 10V- 1V- 5V= 4V
R
C
=
= 238 Ω
U
R1
= U
CC
- U
RE
- U
BE =
10V - 1V – 0,7V = 8,3V
R
1
=
= 9,5 k Ω
U
R2
=U
BE
+U
RE
= 0,7V +1V = 1,7V
R
2
=
= 2k Ω
Wartości obliczone
Wartości rzeczywiste
R
E
59 Ω
69,5 Ω
R
C
238 Ω
266 Ω
R
1
9,5 k Ω
9,81 k Ω
R
2
2 k Ω
2,17 Ω
Punkt pracy
U
CE=
5V
I
C
= 16,8 mA
U
CE
= 4,95V
I
C
=14,4mA
C
E
=0
C
E
47uF
f [Hz]
Uwe
[mV]
Uwy
[mV]
V/V
Ku[db]
Uwe
[mV]
Uwy
[mV]
V/V
Ku dB
φ
100
70
81
1,15
1,26
50
260
5,21
14,09
100
1000
75
280
3,73
10
61
1700
27,86
28,92
130
5000
80
300
3,75
11,73
73
2800
38,35
31,03
175
20000
80
309
3,86
11,73
77
3060
39,76
31,98
179
60000
80
309
3,86
11,73
77
3200
41,54
32,35
181
100000
80
309
3,86
11,73
77
3200
41,54
32,35
180
150000
80
309
3,86
11,73
78
3200
41,64
32,28
183
200000
80
313
3,91
11,73
77
3090
40,87
32,05
180
400000
81
308
3,80
11,73
71
3030
42,66
32,66
182
500000
75
290
3,86
11,746
71
3030
42,66
32,66
183
1.Amplitudowe charakterystyki częstotliwościowe wzmacniaczy.
Jak widać na poniższym wykresie zakres pomiaru dokonany został do wartości f=500kHz,
wiązało się to z tym, ponieważ w naszym układzie przy częstotliwości już powyżej 400kHz
wraz z jej wzrostem narastały dość duże zaburzenia układu, przez które kolejne odczyty
znacznie by odbiegały od rzeczywistych.
.
0
5
10
15
20
25
30
35
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
K
u
[d
B]
f[Hz]
Ce=0
Ce=47uF
2. Charakterystyka fazowo-częstotliwościowa wzmacniacza.
Wartość przesunięcia fazowego odczytaliśmy dla układu ze sprzężeniem, dlatego postaram
się przybliżyć zachowanie przesunięcia fazowego w układach. Różnica w przesunięciu
fazowym między układem bez sprzężenia a z jest taka iż, układ realizujący sprzężenie
zwrotne osiąga większą wartość przesunięcia fazowego w zakresie początkowym. Przy czym
układ ze sprzężeniem osiąga mniejsze pasmo przenoszenia czyli jego f
G
jest mniejsza niż
układu bez sprzężenia.
3.Wyznaczenie wartości wzmocnienia dla stałego zakresu
Wzmocnienie określane jest jako stosunek wartości skutecznej sygnału na wyjściu do
wartości skutecznej sygnału na wejściu, wzmocnienie Ku może być podane w V/V lub w dB,
które między sobą przelicza.
Wzmocnienie napięciowe :
V/V = 32 dB
4.Wyznaczanie częstotliwości granicznych wzmacniaczy.
Wartość wzmocnienia na podstawie napięć na WE i WY opisuje się wzorem:
W celu znormalizowania pomiarów charakterystyk częstotliwościowych różnych
wzmacniaczy przyjęto, że częstotliwość
w powyższym równaniu należy dobrać tak, aby
moc
ma wyjściu wzmacniacza osiągnęła połowę mocy maksymalnej
Tak
zdefiniowaną częstotliwość nazywamy częstotliwością graniczną wzmacniacza
, co
oznacza:
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
φ
f[Hz]
(
)
Uwzględniając zależność
możemy zapisać:
(
)
(
(
)
)
Stąd współczynnik spadku amplitudy napięcia na wyjściu wzmacniacza przy częstotliwości
granicznej sygnału wyniesie
(
)
√
Innymi słowy, dla częstotliwości granicznej amplituda napięcia na wyjściu wzmacniacza
spada do ok. 70% amplitudy maksymalnej. W elektronice spadek mocy wyjściowej np.
wzmacniacza dla częstotliwości granicznej często wyraża się w decybelach. Uwzględniając
powyższe założenia otrzymujemy:
(
)
(
√
)
W praktyce błąd zaokrąglenia do liczby całkowitej jest tu tak niewielki, iż w elektronice
powszechnie przyjmuje się, że częstotliwość graniczna jest zdefiniowana dla spadku mocy
wyjściowej czwórnika o 3 dB.
Charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza: a) amplitudowa, b) fazowa
5.Wyznaczenie częstotliwości granicznych.
f
gD
=~ 1000Hz odpowiada przesuniecie fazowe φ =~130*
6. Prawidłowości zmian wartości wzmocnienia, częstotliwości granicznych
wzmacniacza.
Analizując amplitudową charakterystykę częstotliwościową widzimy iż przebiega ona
prawidłowo zgodnie z literaturą : mianowicie dla małych częstotliwości wzmocnienie rośnie ,
w miarę wzrostu częstotliwości wzmocnienie się stabilizuje od wartości dolnej granicy
częstotliwości f
D
( wzmacniacz wzmacnia ) i osiąga stałą wartość dla średnich. Najlepiej
żeby częstotliwości graniczna dolna miała jak najmniejszą wartości, a górna jak największą –
daje nam to większe pasmo przenoszenia . Niestety nie udało nam się osiągnąć górnej
częstotliwości granicznej ze względu na zaburzenia w układzie ale z ustaleń teoretycznych jej
wartość była by w granicach wartości ok 1MHz.
0
5
10
15
20
25
30
35
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
K
u
[d
B]
f[Hz]
Ce=0
Ce=47uF
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
φ
f[Hz]
-3dB
7.Wyznaczenie wartości rezystancji wejściowych i wyjściowych oraz
wzmocnienia wzmacniacza.
Wartości wzmocnienia , rezystancji wejściowych i wyjściowych
a) bez sprzężeniem zwrotnym
V/V
b) ze sprzężeniem zwrotnym
8. Wpływ punktu pracy tranzystora na właściwości pracy wzmacniacza.
Graficzna interpretacja punktu pracy
Prosta pracy dla prądu stałego oznaczona jest linią przerywaną, prosta pracy dla prądu
zmiennego linią ciągłą. 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
. Gdy tak nie będzie wzmacniacz będzie gorzej wzmacniał lub w
skrajnych przypadkach zostanie uszkodzony.
9.Wpływ zmiany tranzystora (lepszy model) na prace wzmacniacza.
Zmian tranzystora na lepszy egzemplarz w układzie wzmacniania powoduje
wydłużenie pasma wzmocnienia – dążenie do jak najdłuższego pasma wzmocnienia ponieważ
w ten sposób zwiększamy zakres częstotliwości, w której wzmacniacz wzmacnia sygnał.
Tranzystor powinien mieć mniejszą rezystancje wejściową
oraz większy współczynnik
wzmocnienia prądowego
, gdyż te parametry wpływają na prace wzmacniacza.
10. Obliczeń wzmocnienia dla dwóch różnych wartości h21e.
11.Wnioski
W ćwiczeniu badaliśmy napięciowy wzmacniacz na tranzystorze bipolarny w układzie
OE. Tranzystor do pracy był spolaryzowany w układzie z potencjometrycznym zasilaniem
bazy i sprzężeniem emiterowym. Układ ten dużym wzmocnieniem ok. 32dB, a jego
częstotliwość graniczna dolna wyniosła 1000Hz a górna z teoretycznego opracowania mieście
się w granicach ok 1MHz. Jeśli chodzi o dolna częstotliwość to jest ona dość dużą wartością.
Chcąc uzyskać dobre wzmocnienie układu, i optymalne pasmo przenoszenia powinniśmy
dobrać odpowiednio elementy Wybór punktu pracy tranzystora ma istotny wpływ na
właściwości wzmacniacza. Punkt ten należy rozważnie dobrać, a mianowicie obserwując
charakterystykę wyjściową tranzystora punkt obieramy tak, aby U
CE
=
(zazwyczaj jest to
punkt w „środku” charakterystyki). Spowodowane jest to tym, że zależy nam, aby uzyskane
sygnały nie były zniekształcone, co wiąże się z pracą poprawną wzmacniacza. Zmiana Rc na
większy pozwola uzyskać większe wzmocnienie układu. Zmiana rezystancji Rc ma
niezauważalny wpływa na częstotliwości graniczne wzmacniacza, w układzie bez
kondensatora Ce rezystancja Ro ma wpływ na jego dolna częstotliwość graniczną.. Zmiana
Re podobnie jak Rc nie ma wpływu na częstotliwości graniczne. Zmiany Rc i Re niosą za
sobą pewne niebezpieczeństwo w postaci zmian napięcia Uce. Zbyt duża zmiana tego
napięcia, może powodować szybkie przesterowanie sie wzmacniacza i wprowadzanie
zniekształceń nieliniowych.
