Úloha č. 13
MĚŘENÍ TRANZISTOROVÉHO ZESILOVAČE ÚKOL MĚŘENÍ: 1. Změřte a) charakteristiku IK = f (IB) při UK = konst. tranzistoru se společným emitorem a nakreslete její graf; b) zesilovací činitel β tranzistoru se společným emitorem a nakreslete graf β = f (IK), a spočítejte a) zesilovací činitel β ze směrnic tečen v několika bodech grafu IK = f (IB); b) zesilovací činitel α z naměřených hodnot činitele β a nakreslete graf α = f (IK). 2. Změřte kmitočtovou charakteristiku zesilovače AU = F (f) v zapojení se společným emitorem v rozsahu frekvencí od 25 Hz do 30 kHz a nakreslete její graf. 3. Změřte vstupní odpor zesilovače při kmitočtu 1 kHz. 4. Změřte měřičem úrovně (elektronkovým voltmetrem v režimu dB) napěťové zesílení zesilovače v decibelech při frekvencích 25 Hz, 1000 Hz a 30 kHz. 5. Spočítejte proudové a výkonové zesílení zesilovače při frekvenci 1 kHz.
1. TEORETICKÝ ÚVOD 1.1 Popis tranzistoru Tranzistory jsou aktivní polovodičové prvky, které se užívají v zesilujících a spínacích obvodech. Vyznačují se třívrstvou strukturou se dvěma PN přechody. Jako PN přechod označujeme oblast na rozhraní polovodiče typu P a typu N, která je charakterizována vnitřním elektrickým polem a difúzním napětím vytvořené potenciálové bariery∗. V polovodiči typu P jsou většinovými nosiči náboje díry, menšinovými nosiči náboje elektrony, v polovodiči typu N jsou většinovými nosiči elektrony, menšinovými nosiči díry. Menšinové nosiče náboje vznikají mechanismem vlastní vodivosti, tj. vytvořením páru elektron – díra, přeskokem elektronu z valenčního do vodivostního pásu, např. po zahřátí polovodiče. K vytvoření většinových nosičů náboje přispívá mechanismus nevlastní vodivosti po přidání příměsi do monokrystalu polovodiče. Tok nosičů náboje přes přechod PN můžeme ovlivnit napětím vnějšího zdroje. Připojíme-li na polovodič typu P plus pól a na polovodič typu N minus pól stejnosměrného zdroje, oslabí přiložené napětí zdroje vliv vnitřního elektrického pole v oblasti PN přechodu a při dosažení prahového napětí budou přes PN přechod procházet většinové nosiče náboje v tzv. propustném směru. Při opačné polaritě přiloženého napětí se účinek vnitřního elektrického pole v oblasti PN přechodu zesílí, PN přechod je polarizován v závěrném směru; proud přes PN přechod je zanedbatelně malý a je dán pouze tokem menšinových nosičů náboje. V dalším výkladu se omezíme na tzv. bipolární tranzistory a stručně vysvětlíme podstatu jejich zesilovací funkce. Podle způsobu řazení vrstev polovodičů je rozdělujeme na tranzistory typu NPN a PNP. Tranzistor typu NPN je vytvořen tak, že mezi dvěma oblastmi s vodivostí typu N je úzká oblast s vodivostí typu P (obr. 1a). Obdobně u tranzistoru typu ∗
Doporučujeme prostudovat teoretický úvod k úloze č. 12.
147
PNP je mezi částmi polovodiče s vodivostí typu P tenká oblast s vodivostí typu N (obr. 1b). Z jednotlivých oblastí jsou vyvedeny elektrody označované jako emitor E, báze B a kolektor K. Schematická značka tranzistoru typu NPN je na obr. 2a, tranzistoru typu PNP na obr. 2b. Šipka u emitoru označuje pracovní směr proudů báze – emitor, kolektor – emitor, který podle znaménkové konvence považujeme za kladný, teče-li z místa o vyšším potenciálu do míst s nižším potenciálem. NPN B E
N
PNP
K
K
B
P N
K
E
P
N P
K
B
B
E a)
b)
E
a)
Obr. 1 Struktura tranzistoru a) NPN, b) PNP
b)
Obr. 2 Schematická značka tranzistoru a) NPN, b) PNP
U tranzistoru může být jakákoliv elektroda považována za vstupní nebo výstupní elektrodu elektrického signálu, případně za společnou pro vstupní i výstupní obvod tranzistoru. Proto rozeznáváme tři základní zapojení tranzistoru: a) se společným emitorem (obr. 3a) b) se společnou bází (obr. 3b) c) se společným kolektorem (obr. 3c) Vlastnosti těchto obvodů i způsoby jejich využití se výrazně liší. NPN
a)
NPN
NPN
b)
c)
Obr. 3 Zapojení tranzistoru typu NPN a) se společným emitorem, b) se společnou bází, c) se společným kolektorem
1.2 Zapojení tranzistoru se společným emitorem Značně zjednodušenou funkci tranzistoru typu NPN v zapojení se společným emitorem si vysvětlíme na obr. 4. Emitor je zde společnou elektrodou pro přívod vstupního a i vývod výstupního signálu. Mezi oblastmi o vodivostech typu N a P vzniknou dva přechody PN. Zapojíme-li na kolektor K kladný a na emitor E záporný pól zdroje stejnosměrného kolektorového napětí UK , přesunou se volné většinové elektrony v oblasti N kolektoru a volné většinové díry v oblasti P báze dále od přechodu kolektor – báze. V okolí tohoto přechodu tím vznikne nevodivá vrstva, ve které nejsou žádné většinové nosiče náboje schopné vést elektrický
148
proud a kolektorový proud IK je zanedbatelně malý∗ (obr. 4a). Přechod je uzavřen a na obr. 4b je označen diodou D1 zapojenou v nepropustném směru. IK K
IK
+
IB
P UK B
N
UB E
a)
NPN
N
+
D1
N
+
IK (10 mA)
+
IB
+
P UK P
UB
D2
+
IB (0,1 mA)
UK (10 V)
UB (0,5 V)
N
b)
c)
Obr. 4 Vysvětlení zesilovací funkce tranzistoru typu NPN v zapojení se společným emitorem
Přiveďme na bázi B malé kladné napětí UB vzhledem k emitoru. Toto napětí polarizuje přechod emitor – báze v propustném směru (na obr. 4b je znázorněn diodou D2) a vyvolá velký proud volných elektronů z emitoru do báze. Z nich – vzhledem k malé tloušťce báze – jen malá část rekombinuje v bázi s děrami a přispívá k proudu báze IB, většina z nich je však odsáta kladným kolektorem a vytváří kolektorový proud IK. Změnami napětí báze lze vyvolat změny proudu bází, které jsou doprovázeny podstatně většími změnami kolektorového proudu, tj. proudem ve vstupním obvodu lze ovlivňovat proud ve výstupním obvodu. Na tom je založen princip zesílení tranzistoru. Je zřejmé, že kolektorový proud IK tranzistoru se společným emitorem je vždy výrazně větší než proud bází IB. Oba proudy jsou si přibližně přímo úměrné: I K =% β I B . (1) Součinitel β se nazývá proudový zesilovací činitel tranzistoru se společným emitorem. V katalogu tranzistorů bývá značen jako parametr h21E a nabývá u běžných tranzistorů řádově hodnot v desítkách až stovkách. Zesilovací činitel β není konstantní, ale je funkcí proudu kolektoru. Můžeme ho určit měřením nebo graficky pomocí vztahu: ∆I β = K při UK = konst., (2) ∆ IB kde UK je kolektorové napětí, ∆ IK malá změna kolektorového proudu, ∆ IB malá změna proudu báze. V zapojení tranzistoru se společným emitorem lze dosáhnout největšího výkonového zesílení ve srovnání s ostatními zapojeními tranzistoru (obr. 3b a 3c), protože se zde zesiluje napětí i proud. Výkonové zesílení AP definované vztahem (8) může nabývat hodnot 103 až 104. Připojení tranzistoru NPN na stejnosměrné zdroje společně s orientačním příkladem hodnot stejnosměrných proudů a napětí je na obr. 4c.
∗
Tento proud se označuje jako zbytkový proud kolektoru. Je dán pohybem menšinových nosičů náboje, závisí proto výrazně na teplotě tranzistoru a na napětí mezi kolektorem a bází.
149
1.3 Zapojení tranzistoru se společnou bází Báze je zde společnou elektrodou pro vstupní a výstupní obvod (obr. 5a, 5b). Přechod IK NPN
IE E
N
P B
N
K
+
RK
IK IE
+
IB
+
IB + a)
b)
Obr. 5 Zapojení tranzistoru typu NPN se společnou bází
báze – kolektor je vnějším stejnosměrným zdrojem polarizován v nepropustném směru, přechod báze – emitor v propustném směru. Pokud by všechny elektrony z oblasti N emitoru dosáhly kolektoru, byl by poměr změny proudu kolektoru ∆IK ku změně proudu emitoru ∆IE roven jedné. Ve skutečnosti nelze tohoto mezního případu dosáhnout, poměr změn proudů je vždy menší než 1 a pohybuje se v rozmezí od 0,8 až do téměř 1. Tento poměr ∆I α= K při UK = konst. (3) ∆ IE se nazývá proudový zesilovací činitel tranzistoru se společnou bází. Změní-li se emitorový proud IE o hodnotu ∆ IE , kolektorový proud IK se změní o hodnotu ∆ IK = α ∆ IE a na kolektorovém zatěžovacím odporu RK (obr. 5b) se tato změna proudu projeví jako změna napětí o hodnotu (4) ∆ U RK = RK ∆ I K = RK α ∆ I E . Změna kolektorového výstupního napětí je tedy závislá na změnách vstupního emitorového proudu. Mezi proudovým zesilovacím činitelem se společným emitorem β a proudovým zesilovacím činitelem se společnou bází α platí vztah:
α=
β 1+ β
.
(5)
Zapojení tranzistoru se společnou bází se použije tam, kde vyhovuje jeho malý vstupní odpor (přechod báze-emitor je v propustném směru) a vysoký výstupní odpor (přechod kolektor-báze je v nepropustném směru). Výkonové zesílení AP (8) je dáno přibližně hodnotou napěťového zesílení AU (6), protože proudové zesílení AI (7) dosahuje hodnoty blízké jedné.
150
1.4 Zapojení tranzistoru se společným kolektorem Nejjednodušší schéma zapojení tranzistoru se společným kolektorem je na obr. 6. Pracovní odpor RE (spotřebič) je zařazen v obvodu emitoru. Proudové zesílení AI je dáno proudovým zesilovacím činitelem β (2), napěťové zesílení AU je menší než 1, výkonové zesílení AP =% β . Důležitou vlastností tohoto zapojení je velký vstupní odpor a malý výstupní odpor. Proto se velmi často používá pro tzv. impedanční přizpůsobení vstupů a výstupů propojovaných zařízení. Umožňuje tedy např. spojit zdroje signálů s velkým vnitřním odporem se spotřebiči s malým odporem. Z obr. 6 je zřejmé, že výstupní napětí U2 na emitorovém odporu RE (U 2 =% U1 − U BE ) je přibližně rovno napětí vstupnímu U1, protože napětí mezi bází a emitorem UBE je zanedbatelně malé. Toto zapojení je proto často nazýváno emitorový sledovač.
1.5 Zapojení tranzistorového zesilovače
IK IB
+
+
NPN
U2
U1 RE
Obr. 6 Zapojení tranzistoru typu NPN se společným kolektorem
Nejjednodušší zapojení zesilovače s tranzistorem v zapojení se společným emitorem je na obr. 7. Má-li tranzistor pracovat jako zesilovač, je zapotřebí nejprve nastavit jeho pracovní bod. Tento bod je zadán stejnosměrným napětím kolektoru UK, stejnosměrným proudem kolektoru IK a stejnosměrným proudem báze IB . Tyto hodnoty spolu vzájemně souvisí a navrhovatel obvodu zesilovače je určí z katalogových parametrů zvoleného typu tranzistoru. Užitím Kirchhoffových zákonů potom navrhovatel vypočte hodnoty odporů zařazených do obvodu zesilovače. Obvod zesilovače je napájen napětím U ze stejnosměrného zdroje. 5 iB iK Proud báze IB je určen velikostí odporu RB, proud kolektoru IK závisí na napětí kolektoru UK a odporech RK a RE . RB
RK
Zesilovač zesiluje střídavé napětí u1, které se přivede na vstupní svorky 1, 2 C2 4 (obr. 7). Kondenzátor C1 nepropustí stejnosměrný proud, tím tak odděluje zdroj NPN C1 zesilovaného napětí u1 stejnosměrně od zesilovače a zabraňuje případnému nežá- 1 uK doucímu ovlivňování nastaveného pra+ covního bodu tranzistoru. Zesilované U střídavé napětí u1 se přivádí mezi bázi a emitor tranzistoru a podle své okamžité vstup výstup hodnoty ovlivňuje okamžitou hodnotu koC3 RE u1 ~ u2 ~ lektorového proudu iK. Klidový kolektorový proud Iklid (stejnosměrná složka kolektorového proudu) se tedy rozvlní podle 2 3 kmitočtu vstupního napětí u1 (obr. 8). Protože kolektorový proud je vždy větší Obr. 7 Zapojení tranzistorového zesilovače kolektonež proud báze, je také zesílená střídavá rového proudu složka proudu superponovaná na klidovém proudu kolektoru β krát větší než střídavá složka proudu báze.
151
Zvlněný kolektorový proud teče odporem I K RK, který tvoří zatěžovací odpor (spotřebič) zesilovače. Na tomto odporu vytváří dle Ohmova zákona úbytek napětí, jehož časový průběh se skládá – Iklid obdobně jako u kolektorového proudu iK – ze stejnosměrné a střídavé složky. Kondenzátor C2 připojený na kolektor nepropustí stejnosměrnou složku napětí, avšak propustí jeho zesílenou střídavou t složku. Tu pak můžeme měřit na výstupních svorObr. 8 Časový průběh okamžité hodnoty kách 3, 4 a využít pro další účely. proudu kolektoru Odpor RE má funkci stabilizace pracovního bodu především při teplotních změnách. Z odstavce 1.1 víme, že změnou teploty ovlivňujeme počet vzniklých menšinových nosičů náboje a tím velikost proudu v závěrném směru přes PN přechod. Při zvýšení teploty se tedy v obr. 7 zvětší stejnosměrný proud kolektoru a současně i proud emitoru. Podle Ohmova zákona se zvýší úbytek napětí na emitorovém odporu RE a tím se zmenší napětí mezi bází a emitorem UBE. Přechod emitor-báze nepropustí větší hodnotu proudu, a tak působí proti zvýšení proudu ve výstupním obvodě a zmenšuje nárůst kolektorového proudu způsobený zvýšením teploty. Kondenzátor o kapacitě C3 zajistí, že střídavá složka zesilovaného proudu nevytváří na odporu RE napětí, které by snižovalo zesilovací funkci tranzistoru. U každého zesilovače můžeme definovat jeho napěťové, proudové a výkonové zesílení. Napěťové zesílení AU je dáno poměrem efektivní hodnoty výstupního střídavého zesíleného napětí U2 a efektivní hodnoty vstupního zesilovaného napětí U1: U (6) AU = 2 . U1 Proudové zesílení AI se určí ze vztahu: I AI = 2 , I1 kde I 2 =
U2 RK
a
I1 =
(7)
U1 , Rvst
RK - kolektorový odpor, Rvst - vstupní odpor zesilovače. Výkonové zesílení AP je definováno poměrem výstupního výkonu P2 střídavého proudu ku vstupnímu příkonu P1: P U I AP = 2 = 2 2 = AU A I . (8) P1 U1 I1 Zesílení zesilovače se často uvádí v decibelech. Pro napěťové zesílení platí:
A U (dB) = 20 log
U2 . U1
(9)
Pro proudové zesílení platí:
AI (dB) = 20 log
I2 . I1
(10)
152
Pro výkonové zesílení platí:
AP (dB) = 10 log
P2 . P1
(11)
Tranzistor v zapojení se společným emitorem má proudové zesílení AI = β, napěťové zesílení AU může dosahovat řádově až stovek. Proto i výkonové zesílení AP je značné. Vstupní odpor tohoto zesilovače bývá řádově 102 až 103 Ω a výstupní odpor řádově 103 až 105 Ω.
2. PRINCIP METODY 2.1 Měření stejnosměrné charakteristiky tranzistoru Pro popis vlastností tranzistoru v daném zapojení je třeba znát vzájemnou závislost mezi stejnosměrným vstupním napětím, vstupním proudem, výstupním napětím a výstupním proudem.Tuto závislost udávají tzv. stejnosměrné (statické) charakteristiky, které se stanovují měřením a znázorňují se graficky. Podle toho, zda na osách R1 3 4 charakteristik se vynášejí veliIK činy vstupního nebo výstupního obvodu, rozlišujeme vstupní mA a výstupní charakteristiky. Zpětné a převodní charakteris2 R2 IB + RP2 tiky znázorňují pak vzájemné µA V R P1 vztahy mezi veličinami vstupUK ního a výstupního obvodu. V této úloze se budeme zabý1 vat měřením pouze převodní charakteristiky IK = f (IB) při Obr. 9 Schéma obvodu pro měření převodní charakteristiky UK = konst. Z této charakterisIK = f (IB) při Uk = konst. tranzistoru se společným emitorem tiky lze usoudit na velikost proudového zesílení v zapojení tranzistoru se společným emitorem. Obvod pro měření této charakteristiky znázorňuje obr. 9. Potenciometrem RP2, vestavěným ve zdroji stejnosměrného napětí, se nastavuje kolektorové napětí UK, které je nutno při měření této charakteristiky udržovat konstantní. Velikost kolektorového proudu IK měřeného miliampérmetrem je závislá na velikosti proudu báze IB. Proud báze se nastavuje potenciometrem RP1 a měří se mikroampérmetrem. Odpory R1 a R2 vhodně upravují velikost proudu v obvodu báze.
2.2 Měření zesilovacího činitele Měření zesilovacího činitele β tranzistoru se společným emitorem je založeno na jeho definičním vztahu (2) ∆I β= K při UK = konst. (12) ∆ IB Měření provedeme v obvodu podle obr. 9 současně s měřením převodní charakteristiky tranzistoru. Nastavíme potenciometrem RP2 předepsanou hodnotu stejnosměrného kolektorového napětí UK. Změnou polohy jezdce potenciometru RP1 nastavíme určenou hodnotu proudu
153
kolektoru IK a odečteme odpovídající proud báze IB. Poté změníme proud kolektoru z hodnoty IK na I K′ a odečteme změněný proud báze I B′ . Zesilovací činitel vypočteme ze vztahu
β=
I K′ − I K I B′ − I B
při UK = konst.
(13)
Zesilovací činitel β je dán též směrnicí tečny sestrojené v libovolném bodě charakteristiky IK = f (IB) při UK = konst. Výpočet β podle vztahu (13) doplníme proto grafickým určením činitele β. K vypočteným hodnotám činitele β podle vztahu (13) určíme odpovídající zesilovací činitel α. Podle odstavce 1.3 platí:
α=
β 1+ β
.
(14)
2.3 Měření kmitočtové charakteristiky zesilovače Tranzistorový zesilovač se společným emitorem zesiluje střídavé napětí přiváděné na jeho vstup. Napěťové zesílení AU tranzistorového zesilovače je závislé na frekvenci f zesilovaného napětí a tuto závislost můžeme stanovit naměřením frekvenční charakteristiky zesilovače AU = F (f). Obvykle se požaduje, aby zesílení bylo v širokém rozsahu kmitočtů konstantní. V některých případech je však vhodné, aby kmitočtová charakteristika měla předem stanovený průběh. V tom případě se k zesilovači zapojují filtry, které frekvenční charakteristiku upraví. Zdrojem vstupního napětí zesilovače o proměnném kmitočtu je RC generátor. Jeho výstupní odpor je poměrně vysoký, vstupní odpor tranzistorového zesilovače se společným emitorem je mnohem nižší. Pokud bychom zapojili RC generátor přímo k zesilovači, pak by docházelo při zvýšeném odběru proudu do zesilovače a při změnách kmitočtu RC generátoru ke značnému poklesu napětí generátoru a tím k ovlivňování zesíleného napětí zesilovače. Při měření by to prakticky znamenalo neustále výstupní napětí generátoru kontrolovat a regulovat. Abychom tento nedostatek odstranili, je zapotřebí mezi RC generátor a zesilovač vložit člen, který přizpůsobí vysoký výstupní odpor generátoru nízkému vstupnímu odporu zesilovače. Tímto přizpůsobovacím členem může být emitorový sledovač, jehož vysoký vstupní odpor a nízký výstupní odpor stanovenému požadavku vyhoví. Schéma zapojení pro měření frekvenční charakteristiky zesilovače je uvedeno na obr. 10. Emitorový sledovač je zabudován do RC generátoru, a proto není na obr. 10 zakreslen. Zesilované napětí je přiváděno na vstup zesilovače přes odporovou dekádu Rd a oddělovací elektrolytický kondenzátor C1. Odporová dekáda bude využita pro měření vstupního odporu zesilovače; při měření frekvenční charakteristiky je nastavena na nulový odpor. Zesilované napětí je měřeno elektronkovým voltmetrem EV, zesílené napětí na výstupu zesilovače za oddělovacím kondenzátorem C2 nízkofrekvenčním voltmetrem V~. Stejnosměrný obvod zesilovače je napájen ze zdroje stejnosměrného napětí přes vestavěný potenciometr RP. Ten slouží k nastavení požadované hodnoty napájecího napětí měřeného stejnosměrným voltmetrem V=. Pracovní bod tranzistoru se nastavuje proměnným odporem v obvodu báze RB1. Teplotní stabilizace nastaveného pracovního bodu je docílena pomocí odporu RE v obvodu emitoru, jehož negativní vliv na velikost napěťového zesílení tranzistoru je kompenzován paralelní kombinací kondenzátorů C3 a C3´ .
154
RB1
RK C2
RB2 TK Rd
RC gen
EV
C1
RP V~
+
V=
RE C3
C´3
Obr. 10 Schéma obvodu pro měření frekvenční charakteristiky zesilovače AU = F (f )
2.4 Měření vstupního odporu zesilovače Vstupní odpor zesilovače zjistíme pomocí odporové dekády Rd zapojené v obvodu zesilovače podle obr. 10. Pro dané vstupní napětí a danou frekvenci nejprve zjistíme při nulové hodnotě odporu dekády zesílené napětí. Poté zvyšováním odporu dekády snížíme zesílené napětí o 10%. Pro vstupní odpor Rvst zesilovače pak platí: Rd 1 = (15) Rvst 9
3. POSTUP MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ 1. Měření převodní charakteristiky IK = f (IB) a proudového zesilovacího činitele β, výpočet proudového zesilovacího činitele α. a) Zapojte obvod dle obr. 9, jezdec potenciometru RP1 posuňte do polohy 1, potenciometrem RP2 nastavte na voltmetru V= kolektorové napětí 9V, které během měření udržujte konstantní. b) Posunem jezdce potenciometru RP1 zvyšujete napětí báze, na miliampérmetru nastavujte kolektorový proud IK podle hodnot zadaných v tabulce 1 a měřte mikroampérmetrem proud báze IB. Po dosažení maximálního napětí báze vraťte jezdec potenciometru RP1 do polohy 1 a zkratujte spojením svorek 3, 4 odpor R1. Tím je možno při obdobném dalším postupu změřit zbývající část převodní charakteristiky. Při měření zesilovacího činitele β nastavte zadaný proud IK a odečtěte proud IB, pak nastavte proud I K′ = 1,1 IK a odečtěte proud I B′ . Ze vztahu (13) vypočtěte činitel β. Měření charakteristiky i činitele β provádějte současně. d) Nakreslete∗ grafy IK = f (IB) a β = f (IK ). e) Z grafu IK = f (IB) určete zesilovací činitel β výpočtem ze směrnic tečen ve vybraných bodech charakteristiky. f) Vypočtěte zesilovací činitel α ze vztahu (14), nakreslete graf α = f (IK ). ∗
Pro nakreslení grafů a grafické určení činitele β doporučujeme užít výpočetní techniku.
155
Tabulka 1.
IK (mA)
0,1
0,2
0,5
1
2
IB (µA) I K′ (mA)
5
10
20
30
UK = 9 V
I B′ (µA)
βnaměř βz grafu α 2. Měření kmitočtové charakteristiky zesilovače. a) Zapojte obvod podle obr. 10. Přípravek se součástkami je přehledný a některé spoje jsou na něm již provedeny. Zemnicí svorky přístrojů s kovovými kryty vzájemně propojte a připojte na minus pól stejnosměrného zdroje. Na odporové dekádě Rd nastavte nulový odpor. b) Vestavěným potenciometrem RP nastavte stejnosměrné napájecí napětí zesilovače na 9 V. Proměnným odporem RB1 nastavte pracovní bod tranzistoru tak, aby mezi kolektorem a záporným pólem stejnosměrného zdroje bylo napětí 5,5 V. Toto napětí změřte stejnosměrným voltmetrem V=, který pak vraťte do pozice měření napájecího napětí tranzistoru. c) Efektivní hodnotu vstupního střídavého napětí U1 měřenou elektronkovým voltmetrem EV nastavte ovládáním RC generátoru na 25 mV při frekvenci 25 Hz. Změřte efektivní hodnotu zesíleného napětí U2 na výstupu zesilovače nízkofrekvenčním voltmetrem V~ při zapojené kombinaci kondenzátorů C3 a C3´. Ověřte, že odpojením kondenzátoru C3´ zesílené napětí poklesne. Další body frekvenční charakteristiky AU = F (f) měřte při vstupním napětí 25 mV a při frekvencích (Hz) 25, 40, 60, 100, 250, 400, 600, 1k, 2.5k, 4k, 6k, 10k, 15k, 20k, 30k (tab. 2) pouze pro paralelní kombinaci kondenzátorů C3 a C3´. d) Napěťové zesílení AU vypočtěte podle vztahu (6) a nakreslete graf AU = F (f) při semilogaritmickém dělení stupnic. e) Napěťové zesílení AU v decibelech vypočtěte podle vztahu (9). 3.
Měření vstupního odporu zesilovače. Vstupní odpor změřte při frekvenci 1 kHz pomocí odporové dekády Rd podle pokynů v odstavci 2.4. Vstupní napětí bude 25 mV.
4.
Měření napěťového zesílení v decibelech. V zapojení podle obr. 10 nastavte na elektronkovém voltmetru EV vstupní napětí 25 mV při frekvenci 25 Hz. Přepněte přepínač EV na měření úrovně v decibelech (dB) a ovládacím prvkem „Úroveň v dB“ nastavte nulu na stupnici cejchované v dB. Poté přepojte elektronkový voltmetr na výstup zesilovače (paralelně k nízkofrekvenčnímu voltmetru V~). Ukazuje-li po přepnutí ručka EV mimo stupnici, změňte rozsah měřidla a takto upravenou hodnotu přičtěte k údaji, který ukáže ručka na stupnici. Každé přepnutí rozsahu představuje změnu 10 dB. Výsledkem je napěťové zesílení při dané frekvenci v dB. Stejný postup opakujte pro frekvence 1000 Hz a 30 kHz. Naměřené hodnoty porovnejte s vypočtenými podle vztahu (9).
156
5.
Výpočet proudového a výkonového zesílení. Výpočet proveďte pro hodnoty naměřené při frekvenci 1 kHz. Využijte vztahů (6) až (11) a (15). Hodnotu kolektorového odporu RK zjistěte na použitém přípravku se součástkami zesilovače. Tabulka 2.
U1 = 25 mV
f (Hz)
25
40
U2 (V) AU AU (dB) AU naměř (dB)
157
………
30 k
