Číslo projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.0394
Číslo materiálu
VY_32_INOVACE_EM_2.19_měření statických parametrů zesilovače
Název školy
Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hustopeče, Masarykovo nám. 1
Autor
Ing. Pavel Meňhart
Název
Měření na nízkofrekvenčním zesilovači
Téma hodiny
Měření statických parametrů zesilovače
Předmět
Elektrická měření
Ročník /y/
druhý
Datum tvorby
27.11.2012
Anotace
Žáci během jedné vyučovací hodiny změří napětí na vývodech tranzistoru a vypočítají zbylé hodnoty proudů, napětí a výkonů v jednostupňovém zesilovači
Očekávaný výstup
Žáci pochopí funkci jednostupňového tranzistorového zesilovače, ověří jeho činnost, umí vypočítat pracovní podmínky tranzistoru a vypracují zprávu z měření
Druh učebního materiálu
Návod k praktickému měření
Pokud není uvedeno jinak, uvedený materiál je z vlastních zdrojů autora
Název tematického celku: Měření zapojení operačního zesilovače Úloha č.9: Měření statických parametrů zesilovače Zadání: 1) Po připojení na zdroj napájecího napětí změřte hodnoty U CC a napětí na vývodech tranzistoru oproti zemi U C , U B a U E bez signálu na vstupu. 2) Z naměřených hodnot napětí a hodnot součástek ve schématu vypočítejte proudy I C a I B a z nich stejnosměrný proudový zesilovací činitel α 3) Z naměřených hodnot napětí a hodnot součástek ve schématu vypočítejte proudy procházející jednotlivými rezistory a jejich výkonovou ztrátu 4) Metodou sériového odporu R3 na kmitočtu 1kHz změřte a vypočítejte vstupní odpor zesilovače 5) Metodou zatěžovacího odporu RZ na kmitočtu 1kHz změřte a vypočítejte výstupní odpor zesilovače. 6) Všechny změřené a vypočtené hodnoty přehledně zpracujte do závěru a porovnejte s hodnotami z katalogu.
Použité pomůcky: - nízkofrekvenční generátor - zdroj stejnosměrného napětí - 2x nízkofrekvenční milivoltmetr, voltmetr - tranzistorový jednostupňový zesilovač s tranzistorem KC508 v zapojení se společným emitorem a s můstkovou stabilizací pracovního bodu
Schéma zapojení:
Rozbor: Pro pochopení napěťových a proudových vztahů v jednostupňovém zesilovači lze použít zvlášť zjednodušené schéma vstupního obvodu a zvlášť zjednodušené schéma výstupního obvodu, kde vždy platí Kirchhoffovy zákony a Ohmův zákon.
Ve výstupním obvodu se celé napájecí napětí U CC rozloží podle druhého Kirchhoffova zákona na úbytky na rezistorech RC a R E a na úbytek na tranzistoru U CE . Protože se nám podařilo naměřit napětí mezi emitorem a zemí - U E a napětí
mezi kolektorem a zemí - U C , můžeme vypočítat napětí mezi kolektorem a emitorem podle vztahu [1] jako: U CE = U C − U E
.........
[1]
Také proud I C , který protéká rezistorem RC , lze vypočítat z Ohmova zákona s tím, že se napětí na tomto rezistoru zjistí ze zákona Kirchhoffova jako rozdíl mezi napětím napájecím U CC a napětím mezi kolektorem a zemí U C . Proud I C se pak vypočítá podle vztahu [2]:
IC =
U CC − U C RC
.........
[2]
Podobné poměry fungují i na vstupu zesilovače, kde se opět celé napájecí napětí dělí na úbytky na rezistorech R1 a R2 . Výhodou pro výpočet se stává hodnota napětí mezi bází a zemí U B , které je zároveň i na rezistoru R2 . Nejprve tedy vypočítáme proud protékající rezistorem R1 ze vztahu [3]:
I R1 =
U CC − U B R1
[3]
.........
Proud protékající rezistorem R2 vypočítám z napětí U B podle vztahu [4]:
I R2 =
UB R2
[4]
..........
Z prvního Kirchhoffova zákona pro uzel platí, že proud vtékající do báze je právě proud I R1 přitékající do uzlu báze, zmenšený o proud I R 2 , který z uzlu báze odtéká. Rozdíl proudů je tedy proud do báze podle vztahu [5]: I B = I R1 − I R 2
[5]
.........
Z hodnot proudů I C a I B lze podle vztahu [6] vypočítat stejnosměrný proudový zesilovací činitel α :
IC IB
α=
[6]
.........
Při výpočtu výkonu na jednotlivých rezistorech použijeme vždy napětí na konkrétním rezistoru a samotnou hodnotu odporu. Tímto způsobem vypočítáme výkony na všech čtyřech rezistorech pomocí vztahů [7], [8], [9] a [10] PR1 =
(U CC − U B )2 R1
.........
[7]
.........
[8]
2
PR 2 =
PRC =
UB R2
(U CC − U C )2 RC
.........
2
PRE
U = E RE
.........
[10]
[9]
Měření vstupního odporu metodou sériového rezistoru Při sepnutém spínači S1 nastavíme pomocí generátoru na kmitočtu 1kHz vstupní napětí U 1 např. 100mV. Potom rozpojíme spínač S1 a změříme tak napětí ′ U 1 . Z těchto napětí stejně jako v napěťovém děliči ′ U1 U = 1 RS + RVST RVST
′ ′ U 1 ⋅ RVST = U 1 ⋅ RS + U 1 ⋅ RVST ′ ′ RVST ⋅ U 1 − U 1 = U 1 ⋅ RS
vypočítáme vstupní odpor
RVST =
′ U1
′ U1 − U1
⋅ RS
.........
[11]
Měření výstupního odporu metodou zátěžového rezistoru Podobný princip jako v případě měření vstupního odporu se používá i při měření výstupního odporu. Bez zapojené zátěže na kmitočtu 1kHz nastavíme napětí U 2 , např. 300mV. Potom pomocí S3 zařadíme do obvodu zátěž a změříme napětí ′ U 2 . Z těchto hodnot zapojených jako v napěťový dělič
′ U2 U2 = RZ + RVÝST RZ
′ ′ U 2 ⋅ R Z = U 2 ⋅ RZ + U 2 ⋅ RVÝST
′ ′ RZ ⋅ U 2 − U 2 = U 2 ⋅ RVÝST
vypočítáme výstupní odpor
RVÝST
′ U2 −U2 ⋅ RZ = ′ U2
.........
[12]
Postup měření: Po zapojení přípravku na zdroj napájecího napětí změříme pomocí voltmetru napětí U C , U B a U E . Z těchto hodnot vypočítáme pomocí vztahů [1] až [10] hodnoty napětí, proudů a výkonů podle bodů zadání 1, 2 a 3. Po připojení nízkofrekvenčního generátoru nastavíme vstupní napětí U 1 při ′ sepnutém spínači a potom změříme napětí U 1 po rozepnutí spínače S1. Z hodnot napětí vypočítáme vstupní odpor podle vztahu [11]. Stejným způsobem nastavíme i výstupní napětí U 2 při vyřazené zátěži. Potom zátěž připojíme sepnutím spínače S3 ′ a změříme napětí U 2 . Z hodnot napětí vypočítáme výstupní odpor. Do protokolu uvedeme katalogové hodnoty použitého tranzistoru a porovnáme je s naměřenými a vypočítanými hodnotami.
Závěr: porovnání katalogových a naměřených hodnot, popis pracovního bodu tranzistoru, porovnání vstupního a výstupního odporu s teoretickými předpoklady
Seznam informačních zdrojů: Pokud není uvedeno jinak, jsou použité objekty vlastní originální tvorbou autora. Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Veškerá vlastní díla autora (fotografie, videa) lze bezplatně dále používat i šířit při uvedení autorova jména.
