PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB ĆW.3. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY
Ćw. 3 Wzmacniacz tranzystorowy
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania wzmacniacza
zbudowanego na tranzystorze bipolarnym oraz pomiar jego parametrów.
2. Wymagane informacje
Obsługa przyrządów pomiarowych, podstawowe informacje o tranzystorze
bipolarnym, podstawowe parametry wzmacniaczy (wzmocnienie, pasmo
częstotliwościowe, częstotliwości graniczne).
3. Wprowadzenie teoretyczne
Wzmacniacz RC (Rys.1) jest jednym z najprostszych wzmacniaczy,
w którym tranzystor znajduje się w konfiguracji Wspólnego Emitera (WE). Sygnał
z generatora dochodzi do płytki wzmacniacza do wejścia Uwe. Kondensator CB
odcina ewentualną składową stałą sygnału dochodzącego do bazy tranzystora.
Rezystory RB1 i RB2 to prosty dzielnik napięcia mający za zadanie utrzymać
potencjał bazy tranzystora na określonym poziomie tak, aby tranzystor mógł
wzmacniać sygnał tranzystor musi by odpowiednio spolaryzowany. Rezystor RE
ma za zadanie ograniczyć moc cieplną wydzielaną na tranzystorze (dla składowej
stałej, aby z tranzystora wyciągnąć du\ą moc musi przez niego płynąć du\y
prąd), aby jednak zmiany napięcia na tym rezystorze nie zmniejszały sygnału
wejściowego dołączony jest kondensator CE sygnały zmienne są przez niego
zwierane do stałego potencjału (w tym przypadku do masy gdyby były zwierane
do zasilania efekt byłby taki sam wa\ne \e zwieramy sygnał zmienny do stałego
potencjału). Rezystor RC na nim odkłada się napięcie wyjściowe, im jego
wartość jest większa tym większa amplituda sygnału na wyjściu - jednocześnie
tym mniejsza moc tego sygnału. Kondensator CC ma za zadanie odciąć
składową stałą je\eli do układu podłączymy głośnik to nie chcemy aby przez
niego płynął prąd stały (głośnik będzie się grzał, membrana zostanie wygięta
w jedną stronę), przez kondensator prąd stały nie popłynie, popłynie natomiast
prÄ…d zmienny.
Tranzystor Q jest głównym elementem wzmacniacza. Sygnał wejściowy
wchodzi do bazy. Im większe jest napięcie między emiterem a bazą (na bazie -
na emiterze + ) tym prąd płynący od emitera do kolektora jest większy. Je\eli
na bazę zostanie przyło\one mniejsze napięcie względem emitera, to z emitera do
bazy popłynie więcej prądu (prąd wejściowy wypływa z tego tranzystora, inaczej:
wpływa ze znakiem ujemnym). Je\eli większy prąd wypływa z bazy to z emitera
do kolektora popłynie prąd o wartości równej prądowi bazy pomno\ony jeszcze
KATEDRA ELEKTRONIKI AGH STRONA 1
PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB ĆW.3. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY
o współczynnik wzmocnienia tranzystora ² (² zwykle wynosi od 30 do 300,
przeciętnie 100).
IC = ²IB
IE = IC + IB = (² +1)IB
Ten większy prąd kolektora popłynie przez rezystor RC i wywoła na nim większy
spadek napięcia czyli napięcie na kolektorze wzrośnie. Wzrost napięcia na
kolektorze przejdzie przez kondensator CC i trafi do wyjścia.
Podsumowując: chwilowe małe zmniejszenie napięcia na bazie względem
masy spowodowało du\e zwiększenie napięcia na wyjściu. Sygnał został
wzmocniony i pomno\ony przez -1 .
Rys.1. Schemat ideowy wzmacniacza tranzystorowego.
4. Obsługa urządzeń pomiarowych
Sposób obsługi zasilacza laboratoryjnego oraz oscyloskopu zostały
omówione w poprzednim ćwiczeniu pomiarowym. Dodatkowymi przyrządami
koniecznymi do przeprowadzenia tego ćwiczenia są generator funkcyjny
i oscyloskop.
4.1. Oscyloskop
Oscyloskop (podobnie jak wirtualny element w ćwiczeniach symulacyjnych)
jest przyrządem umo\liwiającym oglądanie napięciowych przebiegów czasowych
sygnałów w poszczególnych punktach układu pomiarowego. Oscyloskop podłącza
się do układu za pomocą kabli BNC. Konfigurację oscyloskopu mo\na podzielić na
trzy główne części: vertical (ustawienia osi pionowej), horizotal (ustawienia osi
poziomej) i trigger (opcje wyzwalania i synchronizacji).
W dolnej części oscyloskopu znajdują się gniazda do podłączenia badanych
sygnałów dwa kanały. W części VERTICAL pokrętłem VOLTS/DIV zmienia się
skalę wyświetlanego przebiegu (ilość Voltów przypadających na jedną kratkę na
wyświetlaczu). Poprzez ustawienie CH1 MENU, CH2 MENU następuje wybór menu
odpowiedniego kanału oraz włączanie i wyłączanie wyświetlania danego kanału.
Pokrętło POSITION przesuwa pozycję sygnału w pionie. Poprzez ustawienie AC
GND DC w menu kanału, sygnał mo\e być pokazany na wyświetlaczu bez
składowej stałej (AC), podłączony do masy (GND) lub ze składową stałą (DC).
KATEDRA ELEKTRONIKI AGH STRONA 2
PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB ĆW.3. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY
Poprawnie ustalony sygnał to taki który mieści się na ekranie i jest przy tym jak
najbardziej powiększony.
W części HORIZONTAL pokrętło POSITION pozwala na przesunięcie
sygnału w poziomie. Natomiast. Pokrętło SEC/DIV ustawia podstawę czasu (ilość
sekund odpowiadającą jednej działce na wyświetlaczu).
W kolejnej części TRIGGER ustawia się sposób wyzwalania oscyloskopu.
Oscyloskop w jednej chwili czasowej wyświetla tylko jeden punkt przebiegu.
Zaczyna on wyświetlać w określonym miejscu a następnie odwzorowuje przebieg
napięcia w czasie. Aby przebieg na ekranie oscyloskopu był stabilny, to jego
kreślenie musi rozpoczynać się od tego samego punktu w okresie. Nale\y
skonfigurować oscyloskop tak aby wiedział, w którym punkcie ma zacząć
wyświetlanie. Wykorzystuje się do tego sygnał podłączony do kanału 1 lub 2;
mo\na równie\ wykorzystać zewnętrzny sygnał taktujący (EXT TRIG) lub ciągłe
wyświetlanie przebiegu. Przełącznikami w TRIG MENU mo\na wybrać zródło
wyzwalania: kanał 1 - CH1, kanał 2 CH2, zewnętrzne EXT oraz inne parametry.
W tej części istotne jest jeszcze pokrętło LEVEL poziom wyzwalania. Gdy sygnał
np. na ustawionym CH1 osiągnie wartość ustawioną pokrętłem LEVEL to wówczas
oscyloskop zacznie wyświetlać przebieg. Niepoprawne ustawienie wyzwalania
powoduje, \e obraz na ekranie bardzo szybko (lub zbyt wolno) siÄ™ zmienia
i niemo\liwa jest obserwacja.
4.2. Generator funkcyjny
Generator funkcyjny jest przyrzÄ…dem umo\liwiajÄ…cym dostarczenie do
układu pomiarowego sygnału o po\ądanym kształcie. Jest on łączony
z oscyloskopem za pomocą przewodu BNC. Mo\liwe jest wygenerowanie sygnałów
sinusoidalnych, trójkątnych i prostokątnych, jak równie\ ustawianie ich
częstotliwości, amplitud i składowych stałych.
Nale\y włączyć generator funkcyjny i ustawić na nim sygnał sinusoidalny
o częstotliwości 1 kHz i amplitudzie 50 mV. Przebieg zaobserwować na
oscyloskopie, sprawdzić poziomy napięć i częstotliwości, składowa stała powinna
wynosi 0 (pokrętło offset na generatorze). Przebieg umieścić w sprawozdaniu,
zanotować: skala pozioma (czas), skala pionowa (napięcie), poziom 0 V.
5. Budowa układu pomiarowego
Badany podczas ćwiczenia układ stanowi realizację opisywanego wcześniej
wzmacniacza RC opartego o tranzystor PNP. Na płytce (Rys.2) zrealizowane są
dwa kanały wzmacniacza. Sygnał z generatora nale\y podpiąć do gniazda BNC
lewego kanału. Mo\liwe jest sterowanie potencjometrem w celu zmiany
głośności sygnału. Sondy oscyloskopu nale\y podpiąć do wejścia (baza
tranzystora) i wyjścia układu (kolektor). Je\eli na wejście podawany jest sygnał
dzwiękowy nale\y podpiąć go do wejścia jack". Sygnał zostanie wtedy podany na
oba kanały wzmacniacza i mo\liwe jest podpięcie głośników lub słuchawek do
wyjścia jack .
KATEDRA ELEKTRONIKI AGH STRONA 3
PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB ĆW.3. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY
Rys.2. Budowa i sposób podłączenia układu pomiarowego.
6. Wykonanie ćwiczenia
6.1. Badanie wzmocnienia wzmacniacza
Na początku nale\y podłączyć układ wzmacniacza tranzystorowego według
schematu z Rys.2. Z generatora funkcyjnego nale\y doprowadzić sygnał
sinusoidalny o amplitudzie 50 mV i częstotliwości 1 kHz do wejścia BNC na płytce.
Oscyloskop podłączyć przez sondy oscyloskopowe do bazy_L (CH1) oraz
wyjścia_L (CH2). Zaobserwować równocześnie oba przebiegi na oscyloskopie
zamieścić je w sprawozdaniu. Dokonać pomiaru amplitudy sygnału wyjściowego
i wejściowego wyznaczyć wzmocnienie Ku = Uwy Uwe . Zaobserwować szum
w sygnale wyjściowym wyjaśnić prowadzącemu skąd się bierze.
UWAGA: głośny sygnał mo\e uszkodzić słuch! Mo\na podłączyć słuchawki
do gniazda wyjściowego, skorygować poziom dzwięku potencjometrem na płytce
wzmacniacza (słuchawki są dodatkowym obcią\eniem wzmacniacza po wło\eniu
słuchawek amplituda sygnału wyjściowego znacznie się zmniejszyła).
Zmienić częstotliwość sygnału w generatorze na 100 Hz, skorygować
ustawienia oscyloskopu, zaobserwować zmiany.
6.2. Przesterowanie wzmacniacza
Nale\y przywrócić początkową częstotliwość sygnału (1 kH). Sygnał
obserwować na oscyloskopie i zwiększać potencjometrem jego amplitudę a\
sygnał wyjściowy przestanie być sinusoidą a stanie się obciętą sinusoidą. Przebieg
zamieścić w sprawozdaniu. Mo\na włączyć słuchawki i zaobserwować zmianę
brzmienia sygnału przesterowanego. Nale\y zastanowić się gdzie mo\na
wykorzystać ten efekt.
KATEDRA ELEKTRONIKI AGH STRONA 4
PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB ĆW.3. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY
Zmniejszyć amplitudę do 50 mV. Włączyć słuchawki. Zmienić kształt
przebiegu z sinus na prostokątny, zanotować dlaczego sygnał o takiej samej
częstotliwości podstawowej ale o innym kształcie jest inaczej słyszany, w razie
wątpliwości zapytać prowadzącego, zanotować. Ustawić częstotliwość sygnału
prostokątnego na 10 Hz zaobserwować zniekształcenia. Wyjaśnić
w sprawozdaniu dlaczego pozioma część przebiegu wejściowego ma inny kształt
na wyjściu.
6.3. Badanie pasma przenoszenia wzmacniacza
1
Gdy moc sygnału w funkcji częstotliwości spada do poziomu Pf _ gr = Pf _ max
2
mocy maksymalnej, to dla tej częstotliwości określamy częstotliwość graniczną.
Poniewa\ moc jest proporcjonalna do kwadratu napięcia to dla częstotliwości
granicznej U = Umax 2 H" 0,7Umax . W skali decybelowej jest to spadek o około
f _ gr
3 dB. W skali logarytmicznej pasmo przenoszenia wygląda następująco:
Rys.3. Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa wzmacniacza.
Dla sygnałów zbyt wolnych i zbyt szybkich wzmacniacz ma mniejsze wzmocnienie
ni\ w paśmie przenoszenia. Sygnały o pewnych częstotliwościach będą nawet
tłumione.
Generator nale\y podłączyć do płytki wzmacniacza i ustawić sygnał
sinusoidalny o amplitudzie 50 mV. Zmieniając częstotliwość od 0 do 2 MHz zbadać
pasmo wzmacniacza. Sygnał wyjściowy mierzymy przy stałej amplitudzie sygnału
wejściowego w razie jego zmian nale\y go korygować. Wykres zamieścić
w sprawozdaniu.
Mo\na włączyć słuchawki do gniazda wyjściowego. Zmieniać częstotliwość
sygnału z generatora od najmniejszej do około 20 kHz. Sygnał wyjściowy
powinien mieć stałą amplitudę, którą nale\y korygować potencjometrem lub
w razie konieczności generatorem. Zanotować minimalną i maksymalną słyszalną
częstotliwość oraz częstotliwość dla której ucho ludzkie jest najbardziej wra\liwe.
KATEDRA ELEKTRONIKI AGH STRONA 5
PODSTAWY ELEKTRONIKI MSIB ĆW.3. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY
6.4. Badanie przetwarzania sygnału dzwiękowego zadanie dodatkowe
Odłączyć generator! Do wejścia jack podłączyć zródło sygnału audio
(mp3, radio itp.), na oscyloskopie zaobserwować przebieg sygnału audio na
wejściu i wyjściu zanotować. Potencjometrem zwiększyć głośność a\ do
usłyszenia trzasków i znacznych zniekształceń sygnału. Jest to efekt
przesterowania wzmacniacza na wejście został podany sygnał o zbyt du\ej
amplitudzie. Je\eli sygnał w słuchawkach jest zbyt głośny nale\y zmniejszyć jego
amplitudÄ™ potencjometrem.
7. Opracowanie wyników
W sprawozdaniu z ćwiczenia nale\y:
" umieścić przebiegi oscyloskopowe uzyskane na wejściu i wyjściu
wzmacniacza,
" obliczyć wzmocnienie napięciowe wzmacniacza,
" umieścić rysunek sygnału na wyjściu przesterowanego wzmacniacza,
" podać zaobserwowane najni\sze i najwy\sze słyszalne częstotliwości,
" podać zmierzone pasmo 3-dB wzmacniacza,
" wyciągnąć wnioski.
6. Literatura
[1] Elementy i układy elektroniczne. Część 1. , pod red. S. Kuty, Wydawnictwa AGH, Kraków
2000, Rozdział 10 Wzmacniacze tranzystorowe w ró\nych konfiguracjach (s. 185-195)
[2] P. Horowitz, W. Hill Sztuka elektroniki. Część 1. , Wydawnictwa Komunikacji i Aączności,
Warszawa 1995, Rozdział 2.07 (s. 86-88)
KATEDRA ELEKTRONIKI AGH STRONA 6
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Badanie wzmacniaczy tranzystorowychProjekt wzmacniacza tranzystorowego jednostopniowegoWzmacniacz tranzystorowy10 Wzmacniacze tranzystoroweOE WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY OEWzmacniacz tranzystorowy OB, cz 17Tranzystorowy wzmacniacz m cz malej mocymiernictwo tranzystorowe wzmacniaczeTranzystorowe wzmacniaczeTranzystor bipolarny – wzmacniaczTranzystor w układzie wzmacniaczawięcej podobnych podstron