PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Transkrypt

1 PRACOWNIA ELEKTRONIKI Ćwiczenie nr 4 Temat ćwiczenia: Badanie wzmacniacza UNIWERSYTET KAZIMIERZA WIELKIEGO W BYDGOSZCZY INSTYTUT TECHNIKI Imię i Nazwisko 1 szerokopasmowego RC 4. Data wykonania Data oddania Ocena Kierunek Rok studiów Grupa

2 Ćwiczenie nr 4 Badanie wzmacniacza szerokopasmowego RC 2 1. Przyrządy : Badany układ ; Zasilacz ; Generator przebiegów sinusoidalnych ; Oscyloskop dwukanałowy ; Dwa przewody z wtyczkami bananowymi do zasilania ; Dwa przewody koncentryczne ze złączami BNC i wtyczkami bananowymi ; Przewód koncentryczny ze złączami BNC ; Trójnik BNC. 2. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i działania tranzystorowego wzmacniacza szerokopasmowego RC z pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego. 3. Opis układu Układ jest zbudowany przy użyciu tranzystora BC 211. W obwodzie bazy znajdują się rezystory R 1 i R 2, w obwodzie kolektora rezystor R C i w obwodzie emitera rezystor R E. Sygnał wejściowy jest podawany przez kondensator elektrolityczny 22 µf. Emiter jest blokowany za pomocą kondensatora elektrolitycznego 100 µf. Dla celów dydaktycznych we wzmacniaczu zastosowano klucz K. W warunkach normalnej pracy wzmacniacza klucz ten jest zamknięty. Obejrzeć uważnie wzmacniacz i zidentyfikować jego elementy składowe i połączenia pomiędzy nimi. Zwrócić uwagę na sposób opisu rezystorów : rezystor R 2 ma napis 2K2 co oznacza rezystancję 2,2 kω. Podobnie, rezystor R E ma napis K27, co oznacza rezystancję 0,27 kω. Rezystor kolektorowy jest opisany za pomocą kodu barwnego.

3 3 Rozkład napięć stałych i prądów w obwodzie teoria Rozważmy sytuację, gdy włączone jest zasilanie U CC, ale na wejście nie podany jest sygnał. Przez rezystory R 1 i R 2 płynie prąd. Rezystory te stanowią oporowy dzielnik napięcia, który doprowadza część napięcia U CC do bazy. Pod wpływem tego napięcia płynie prąd bazy. Prąd bazy I B wywołuje przepływ prądu kolektora I C i emitera I E. Na rezystorach R C i R E pojawiają się spadki napięć. Ilościowo można to opisać następująco : R2 R U B = U 1 + R2 CC U E = U B 0,6V (aby mógł płynąć prąd bazy, napięcie na bazie musi być wyższe od napięcia na emiterze o około 0,6V.). I E = Traktując tranzystor jako węzeł prądowy można napisać : U R E E Ponieważ I B << I C, I E I C, zatem, I C I B + I C = I E R U E U 2 CC 0,6V = R1 + R2 RE RE Z powyższego wzoru wynika, że prąd kolektora zależy od napięcia zasilania U CC i rezystorów R 1, R 2 i R E. We wzorze nie występuje rezystor R C. Zatem, wbrew intuicji prąd kolektora nie zależy od rezystora kolektorowego R C! Nie zależy też od tranzystora, tzn. od jego parametrów (np. współczynnika prądowego β), które są silnie zależne od temperatury. Rezystancja rezystorów nie zależy od temperatury, a zatem i prąd kolektora w opisanym układzie nie zależy od temperatury. Prąd kolektora I C wywołuje spadek napięcia na rezystorze kolektorowym R C : U RC = I C R C Dlatego napięcie na kolektorze jest niższe od napięcia zasilania o ten spadek : U C = U CC - U RC 4. Pomiar napięć stałych Włączyć zasilacz i nastawić napięcie 12 V. Doprowadzić to napięcie do zacisków zasilania wzmacniacza. Jeden z przewodów z wtyczkami bananowymi użyć do połączenia ujemnego bieguna zasilacza z gniazdkiem masy a drugi przewód do połączenia dodatniego bieguna zasilacza z gniazdkiem + 12 V. Włączyć oscyloskop. Uruchomić tylko kanał A, przełącznik DC, wartość 2V/DIV, zero na dole ekranu. Wejście wzmacniacza pozostawić otwarte i w tych warunkach zmierzyć napięcie stałe

4 4 na zasilaniu kolektora, bazie i emiterze. Dla zwiększenia dokładności przy pomiarze napięć na bazie i emiterze zwiększyć czułość oscyloskopu do 1V/DIV lub 0,5V/DIV. Wyniki zebrać w tabeli 1. Tabela 1. Napięcia stałe na bazie, emiterze i kolektorze Punkt pomiarowy Napięcie obliczone [V] Napięcie zmierzone [V] Baza - U B Emiter - U E Kolektor U C 5. Pomiar współczynnika wzmocnienia przy zamkniętym kluczu K UWAGA! Oscyloskop, generator i zasilacz łączyć do tego samego rozgałęźnika sieciowego. W przeciwnym wypadku mogą wystąpić zakłócenia sieciowe na poziomie 10 mv ss. Włączyć generator. Nastawić częstotliwość 1 khz i zakres napięcia kilkadziesiąt mv. Do wejścia oscyloskopu, za pomocą trójnika dołączyć dwa przewody koncentryczne. Jednym z nich doprowadzić sygnał do kanału A oscyloskopu, drugim do wejścia wzmacniacza. W kanale A oscyloskopu nastawić przełącznik w pozycję AC (Alternative Current napięcie zmienne), czułość 10 mv/div. W generatorze podstawy czasu nastawić przełącznik SOURCE w pozycję INT. Dobrać odpowiednią prędkość podstawy czasu przełącznikiem TIME/DIV, poziom wyzwalania pokrętłem LEVEL i obserwować sygnał. Za pomocą pokrętła regulacji amplitudy generatora nastawić sygnał wejściowy U 1 = 20 mv ss (napięcie międzyszczytowe). Uruchomić kanał B oscyloskopu. Przełącznik w pozycji AC, czułość 1V/DIV. Do wejścia kanału B doprowadzić sygnał z wyjścia wzmacniacza punkt pomiarowy C. Zmierzyć wartość międzyszczytową sygnału wyjściowego U 2. Wyliczyć współczynnik wzmocnienia napięciowego ze wzoru : k = U 2 /U 1 = Sporządzić wspólny oscylogram napięcia wejściowego i wyjściowego. Zwrócić uwagę na odwrócenie fazy. Zaznaczyć skalę napięciową i czasową. 6. Pomiar współczynnika wzmocnienia w funkcji częstotliwości Powtórzyć pomiary współczynnika wzmocnienia dla częstotliwości podanych tabeli 2

5 Tabela 2. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza: 5 Ustawić: U cc = 12 V, U 1 = 20 mv ss f khz bez U 2 USZ K u U 2 /U 1 z USZ U 2 K u U 2 /U 1 7. Obserwacja skutków przesterowania wzmacniacza W kanale B przełącznik ustawić w położenie DC, czułość 2V/DIV, zero na dole ekranu. Kanał ten użyć do obserwacji sygnału wyjściowego przy różnych amplitudach sygnału wejściowego. Jeżeli sygnał wejściowy jest mały, to sygnał wyjściowy nie jest zniekształcony. Pojawia się on na tle składowej stałej napięcia około 7 V. Jeżeli sygnał wejściowy jest duży, to sygnał wyjściowy ulega zniekształceniu. Dodatnie i ujemne połówki sinusoidy ulegają obcięciu. Obcięcie od góry następuje na poziomie napięcia zasilania U CC. Wtedy tranzystor nie przewodzi zachowuje się jak otwarty klucz. Przez rezystor kolektorowy nie płynie prąd i na jego obydwu końcach panuje napięcie równe napięciu zasilania. Obcięcie od dołu następuje na poziomie napięcia stałego na emiterze U E. Wtedy tranzystor przewodzi największy prąd zachowuje się jak zamknięty klucz. Zmieniając wartości napięcia wejściowego U 1 odczytać i wpisać w tabelę 3 wartości napięcia wyjściowego U 2. Tabela 3. Pomiar charakterystyki przenoszenia wzmacniacza U 1 mv U 2 V 8. Pomiar współczynnika wzmocnienia przy otwartym kluczu K Otworzyć klucz K i obserwować sygnały na bazie, emiterze, kolektorze. Drastyczny spadek współczynnika wzmocnienia jest skutkiem ujemnego sprzężenia zwrotnego, które ma miejsce wtedy, gdy kondensator emiterowy 100 µf jest odłączony. Składowe zmienne prądu emitera płynąc przez rezystor emiterowy sprawia, że na emiterze pojawia się sygnał prawie taki sam jak

6 6 na bazie (wtórnik emiterowy). Różnica napięć na bazie i emiterze, która faktycznie steruje prądem tranzystora jest bardzo mała. Skutek znaczny spadek współczynnika wzmocnienia. Wyznaczyć współczynnik wzmocnienia : k = U 2 /U 1. Wyniki wpisać do tabeli Opracowanie Opracowanie powinno zawierać : 1. Wykres U 2 = f(u 1 ) tabela 3. Na jego podstawie ustalić zakres wzmocnienia liniowego (Uwe min Uwy max ) 2. Wykresy współczynnika wzmocnienia napięciowego Ku = f(f) tabela 2. Przedstawić wykresy dla układu bez USZ i z USZ. Na podstawie sporządzonych wykresów wyznaczyć metodą graficzną pasmo przenoszenia wzmacniacza. 3. Wnioski i spostrzeżenia dotyczące przeprowadzonych badań oraz otrzymanych wyników.