Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy




Pobierz 111.3 Kb.
NazwaLaboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy
Data konwersji07.01.2013
Rozmiar111.3 Kb.
TypDokumentacja

Laboratorium Podstaw Elektroniki i Metrologii

Podstawowe układy

pracy tranzystora bipolarnego



Ćwiczenie opracował Jacek Jakusz

4A

1. Wstęp


Ćwiczenie umożliwia pomiar i porównanie parametrów podstawowych konfiguracji pracy tranzystora bipolarnego. Są to kolejno:

A - układ wspólnego emitera (CE),

B - układ wspólnego emitera z niebocznikowaną

rezystancją w emiterze (CE-RE),

D - układ wspólnej bazy (CB).

Poszczególne konfiguracje wybiera się przy pomocy przełącznika obrotowego, który poprzez przekaźniki przełącza układy. Poszczególne układy wykonane są w ten sposób by zapewniały identyczne warunki zasilania tranzystorów. Różnice pomiędzy parametrami wzmacniaczy wynikają więc głównie z różnych konfiguracji pracy tranzystora, co umożliwia jakościowe porównanie układów. Dla uniezależnienia się od parametrów przyrządów pomiarowych oraz jakości połączeń, każdy ze wzmacniaczy ma wbudowany wejściowy i wyjściowy bufor o wzmocnieniu jednostkowym.

W ramach ćwiczenia wykonuje się pomiary: wzmocnienia w środku pasma przepustowego, rezystancji wejściowej oraz wyjściowej, dolnej oraz górnej 3dB-owej częstotliwości granicznej a także amplitudowej charakterystyki częstotliwościowej poza pasmem przepustowym wzmacniacza.

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy zapoznać się z jego przebiegiem (podstawowe informacje zamieszczono w niniejszym opracowaniu). Prowadzący ma obowiązek sprawdzić przygotowanie do ćwiczenia.

2. Pomiary



2.1. Dla każdego z układów A, B, i D (dla układów A i B przyjąć , natomiast dla układu D przyjąć ):

a) zmierzyć dolną i górną 3-decybelową częstotliwość graniczną (). Pomiar należy wykonać w następujący sposób:

- ustawić wartość skuteczną napięcia sygnału wejściowego dla układu: A2.0mV, B10mV, C7mV tak, aby na wyjściu badanego układu uzyskać Vwy=300mV.

- zmniejszać (dla pomiaru częstotliwości granicznej dolnej) lub zwiększać (dla pomiaru częstotliwości granicznej górnej) częstotliwość sygnału wejściowego aż do uzyskania napięcia wyjściowego równego , uzyskana wartość jest odpowiednią częstotliwością graniczną.

b) Określić częstotliwość środkową i zmierzyć wzmocnienie w środku pasma , .

c) Zmierzyć rezystancję wejściową (sygnał wejściowy o odpowiedniej częstotliwości, amplituda 300mV). Rezystancję wejściową mierzy się wykorzystując dodatkowy rezystor RS' włączony szeregowo z rezystancją wewnętrzną generatora RS. Należy nacisnąć przycisk i zanotować napięcie wyjściowe. Dokładny opis pomiaru znajduje się w części teoretycznej.

d) zmierzyć rezystancję wyjściową (sygnał wejściowy o odpowiedniej częstotliwości, amplituda 300mV). Rezystancję wyjściową mierzy się wykorzystując dodatkowy rezystor włączany równolegle z rezystancją obciążenia wzmacniacza, którą w badanych układach jest rezystancja wejściowa bufora RBUF. Należy nacisnąć przycisk i zanotować napięcie wyjściowe. Dokładny opis pomiaru znajduje się w części teoretycznej.

2.2. Zmierzyć amplitudową charakterystykę częstotliwościową w zakresie wszystkich trzech układów.

3. Opracowanie wyników


1) Wykreślić zmierzone charakterystyki na osobnych wykresach. Oś pionowa powinna być wzmocnieniem wyrażonym w mierze logarytmicznej tj. , oś pozioma (częstotliwość sygnału pomiarowego) powinna być logarytmiczna.

2) Obliczyć teoretycznie:

· punkty pracy tranzystorów,

· wzmocnienie małosygnałowe vwy/vwe,

· rezystancję wejściową i wyjściową.

Wyniki obliczeń należy umieścić w tabeli w protokole pomiarowym. Porównać wyniki obliczeń z wynikami pomiarów z punktów 2.1 i 2.2.

3) Zamieścić własne wnioski i spostrzeżenia. Porównać układy pomiędzy sobą, a także skomentować zgodność obliczeń z pomiarami.

4. Teoria (dla zainteresowanych)


W ćwiczeniu wykonane są cztery wzmacniacze oznaczone literami A-D Wszystkie układy posiadają wbudowane bufory wejściowy i wyjściowy. Bufory te są identyczne a ich parametry przedstawia poniższa tabela:


Parametr

Jednostki

Wartość

Wzmocnienie

V/V

1

Rezystancja wejściowa

M

1

Rezystancja wyjściowa



»0

Pojemność wejściowa

pF

20

Częstotliwość graniczna

MHz

4


Dla każdego tranzystora z układów A-D, punkty pracy należy wyznaczyć przy założeniu, że prąd stały bazy IB jest pomijalnie mały oraz, że napięcie baza-emiter VBE jest stałe i wynosi 0.7V



Rys. 1. Małosygnałowe schematy zastępcze typu i typu T tranzystora bipolarnego.


W analizie małosygnałowej należy przyjąć VT=25mV. Dane tranzystora BC237: =160, =4.5pF, fT=150MHz.


Parametry modelu małosygnałowego:




4.1 Układ A:


Jest to wzmacniacz w konfiguracji wspólnego emitera (CE).


Rys. 2. Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnego emitera (CE).


4.1.1 Punkt pracy

liczony jest przy zaniedbaniu prądu bazy:



Rys. 3. Schemat obwodu do liczenia punktu pracy.


(1)

(2)

(3)


4.1.2 Analiza małosygnałowa:


Środek pasma:

Zastępczy schemat małosygnałowy w zakresie średnich częstotliwości (w paśmie przepustowym) jest tworzony przy założeniu, że pojemności sprzęgające i bocznikujące stanowią zwarcie dla sygnałów zmiennych, natomiast pojemności pasożytnicze tranzystora są rozwarciem.

Rys. 4. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CE z rys. 2 dla zakresu częstotliwości średnich.


(4)

(5)

(6)

(7)

(8)


Wysokie częstotliwości:

Częstotliwość graniczna górna wyznaczona jest w oparciu o stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami pasożytniczymi tranzystora. Stałe te liczy się dla danej pojemności pasożytniczej przy założeniu, że pozostałe pojemności pasożytnicze stanowią rozwarcie.

Rys. 5. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CE z rys. 2 dla wyznaczenia górnej częstotliwości granicznej.


stałe czasowe:

korzystając z tw. Millera można zamienić pojemność C tranzystora na pojemności CM1 i CM2.

(9)

(10)

(11)

Następnie wyznaczamy stałe czasowe związane z poszczególnymi pojemnościami:

(12)

(13)

Przybliżona wartość górnej częstotliwości granicznej jest określona wzorem:

(14)


Niskie częstotliwości:

Częstotliwość graniczna dolna wyznaczona jest w oparciu o stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami sprzęgającymi lub bocznikującymi (licząc stałe czasowe dla każdej z pojemności, pozostałe należy traktować jako zwarcie). Pojemności pasożytnicze tranzystora traktuje się jako rozwarcia.

Rys. 6. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CE z rys. 2 dla wyznaczenia dolnej częstotliwości granicznej.


Korzystając z powyższego schematu zastępczego poszczególne stałe czasowe są równe:

(15)

(16)

(17)

Przybliżona wartość dolnej częstotliwości granicznej jest określona wzorem:

(18)

4.2 Układ B:



Jest to wzmacniacz w konfiguracji wspólnego emitera z niebocznikowaną rezystancją w emiterze (CE-RE).



Rys. 7. Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnego emitera (CE).


4.2.1 Punkt pracy

liczony tak jak dla układu A (we wzorach na IC i VCE zamiast RE jest suma RE1+RE2)


4.2.2 Analiza małosygnałowa:


Środek pasma:

Zastępczy schemat małosygnałowy w zakresie średnich częstotliwości (w paśmie przepustowym) jest tworzony przy założeniu, że pojemności sprzęgające i bocznikujące stanowią zwarcie dla sygnałów zmiennych, natomiast pojemności pasożytnicze tranzystora są rozwarciem.

Rys. 8. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CE-RE z rys. 7 dla zakresu częstotliwości średnich.


(19)

(20)

(21)

(22)

(23)


Wysokie częstotliwości:

Częstotliwość graniczna górna wyznaczona jest w oparciu o stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami pasożytniczymi tranzystora. Stałe te liczy się dla danej pojemności pasożytniczej przy założeniu, że pozostałe pojemności pasożytnicze stanowią rozwarcie.Rys. 9. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CE-RE z rys. 7 dla wyznaczenia górnej częstotliwości granicznej.


stałe czasowe:

korzystając z tw. Millera można zamienić pojemnośc C tranzystora na pojemności CM1 i CM2.

(24)

(25)

(26)

Następnie wyznaczamy stałe czasowe związane z poszczególnymi pojemnościami:

(27)

(28)

(29)

Przybliżona wartość górnej częstotliwości granicznej jest określona wzorem:

(30)


Niskie częstotliwości:

Częstotliwość graniczna dolna wyznaczona jest w oparciu o stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami sprzęgającymi lub bocznikującymi (licząc stałe czasowe dla każdej z pojemności, pozostałe należy traktować jako zwarcie). Pojemności pasożytnicze tranzystora traktuje się jako rozwarcia.

Korzystając ze schematu zastępczego z rys. 10, poszczególne stałe czasowe są równe:

(31)

(32)

(33)


Rys. 10. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CE-RE z rys. 7 dla wyznaczenia dolnej częstotliwości granicznej.


Przybliżona wartość dolnej częstotliwości granicznej jest określona wzorem:

(34)

4.3 Układ D:


Jest to wzmacniacz w konfiguracji wspólnej bazy (CB).

Rys. 15 Schemat wzmacniacza w konfiguracji wspólnej bazy (CB).


4.3.1 Punkt pracy

liczony tak jak dla układu A.


4.3.2 Analiza małosygnałowa

Środek pasma:

Zastępczy schemat małosygnałowy w zakresie średnich częstotliwości (w paśmie przepustowym) jest tworzony przy założeniu, że pojemności sprzęgające i bocznikujące stanowią zwarcie dla sygnałów zmiennych, natomiast pojemności pasożytnicze tranzystora są rozwarciem.



Rys. 16. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CB z rys. 15 dla zakresu częstotliwości średnich.


(35)

(36)

(37)

(38)

(39)


Wysokie częstotliwości:

Częstotliwość graniczna górna wyznaczona jest w oparciu o stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami pasożytniczymi tranzystora. Stałe te liczy się dla danej pojemności pasożytniczej przy założeniu, że pozostałe pojemności pasożytnicze stanowią rozwarcie.



Rys. 17. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CB z rys. 15 dla wyznaczenia górnej częstotliwości granicznej.


Dla w.cz. nie ma efektu multiplikacji pojemności (efekt MIllera)

stałe czasowe:

(40)

(41)

Przybliżona wartość górnej częstotliwości granicznej jest określona wzorem:

(42)


Niskie częstotliwości:

Częstotliwość graniczna dolna wyznaczona jest w oparciu o stałe czasowe powiązane z odpowiednimi pojemnościami sprzęgającymi lub bocznikującymi (licząc stałe czasowe dla każdej z pojemności, pozostałe należy traktować jako zwarcie). Pojemności pasożytnicze tranzystora traktuje się jako rozwarcia.

Rys. 18. Zastępczy schemat małosygnałowy wzmacniacza w układzie CB z rys. 15 dla wyznaczenia dolnej częstotliwości granicznej.


Korzystając z powyższego schematu zastępczego poszczególne stałe czasowe są równe:

(43)

(44)

(45)

Przybliżona wartość dolnej częstotliwości granicznej jest określona wzorem:

(46)

4.4 Pomiar rezystancji wejściowej wzmacniaczy


Rezystancję wejściową mierzy się wykorzystując dodatkowy rezystor RS' włączony szeregowo z rezystancją wewnętrzną generatora RS. Podczas normalnej pracy jest on zwierany przełącznikiem umieszczonym na płycie czołowej. Po naciśnięciu przycisku oznaczonego następuje dołączenie rezystora RS' w szereg z RS, co powoduje zmniejszenie wzmocnienia.

Rys. 19. Metoda pomiaru rezystancji

wejściowej wzmacniacza.


Oznaczając jako vo oraz vo' odpowiednio napięcia wyjściowe przy zwartym i rozwartym rezystorze RS' otrzymujemy:

(47)

(48)

(49)

(50)

4.5 Pomiar rezystancji wyjściowej wzmacniaczy


Rezystancję wyjściową mierzy się wykorzystując dodatkowy rezystor włączany równolegle z rezystancją obciążenia wzmacniacza, którą w badanych układach jest rezystancja wejściowa bufora RBUF. Podczas normalnej pracy jest odłączony. W czasie pomiaru rezystancji dołącza się go przełącznikiem umieszczonym na płycie czołowej i oznaczonym . Po naciśnięciu przycisku następuje dołączenie rezystora R­L’, co powoduje zmniejszenie wzmocnienia.

Rys. 20. Metoda pomiaru rezystancji

wyjściowej wzmacniacza.


Oznaczając jako vo oraz vo‘ odpowiednio napięcia wyjściowe przy rozwartym i zwartym rezystorze otrzymujemy:

(51)

(52)

(53)

(54)


4.6 Dane elementów w poszczególnych konfiguracjach układowych.

Parametr

Jednostki

CE

CE-RE

CC

CB

b

-

160

160

160

160



pF

4.5

4.5

4.5

4.5

fT

MHz

150

150

150

150

RS



1

1

1

0.1

RS'



1

1

1

1

CC1

nF

68

68

68

68

RB1



43

43

43

43

RB2



22

22

22

22

CB



nie ma

nie ma

nie ma

47

RC



6.2

6.2

6.2

6.2

RE



3.13

nie ma

3.13

3.13

RE1



nie ma

0.16

nie ma

nie ma

RE2



nie ma

2.97

nie ma

nie ma

CE



100

100

100

100

CC2

nF

100

100

100

100

RBUF



1

1

1

1

CBUF

pF

20

20

20

20

RL'



4.7

4.7

4.7

4.7

VCC

V

12

12

12

12

Literatura:

[1] Z. J. Staszak, J. Glinianowicz, D. Czarnecki “Materiały pomocnicze do przedmiotu Układy Elektroniczne Liniowe”.

[2] A. Guziński, “Liniowe elektroniczne układy analogowe” WNT 1992.

[3] S. Soclof, “Zastosowania analogowych układów scalonych”, WKŁ 1991.


Dodaj dokument na swoim blogu lub stronie

Powiązany:

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconLaboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconLaboratorium Podstaw Elektroniki I Miernictwa

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconKatedra systemów elektroniki morskiej skrypt do laboratorium – z Podstaw Elektroakustyki

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconKa pomiarów w zastosowaniu do maszyn przepływowych, w szczególności ich niekonwencjonalnego łożyskowania. Początkowa praca pod kierunkiem profesora w gundlacha zaowocowała wejściem w zagadnienia Metrologii I napisaniem wspólnego skryptu z Podstaw Metrologii dla Wydziału Mechanicznego. Ta współpr

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconPodstawy metrologii I techniki eksperymentu laboratorium

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconLaboratorium Metrologii Temat ćwiczenia: Pomiary wałków na przykładzie wału korbowego

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconLaboratorium Metrologii Temat ćwiczenia: Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconPodstaw Elektroniki I Miernictwa Ćwiczenie

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconTest z podstaw elektrotechniki I elektroniki magnetyzm I elektromagnetyzm

Laboratorium Podstaw Elektroniki I Metrologii Podstawowe układy iconLaboratorium podstawy elektroniki

Umieść przycisk na swojej stronie:
Rozprawki


Baza danych jest chroniona prawami autorskimi ©pldocs.org 2014
stosuje się do zarządzania
Rozprawki
Dom