TRANZISTOROVÝ ZESILOVAČ
301 - 4R
Hodnotu napájecího napětí určí vyučující (UCC=12V). 1. Pro zadanou hodnotu IC = 2 mA vypočtěte potřebnou hodnotu RC a zvolte nejbližší hodnotu rezistoru z řady. 2. Zvolte hodnotu zatěžovacího odporu RL > RC. 3. Pro f = 1 kHz , RE = 0 Ω změřte osciloskopem a současně milivoltmetrem maximální rozkmit výstupního napětí zesilovače. 4. Pro f = 1 kHz nastavte takové vstupní napětí, kdy je zkreslení výstupního napětí ještě neznatelné a změřte AU. 5. Změřte fD a fH zesilovače. 6. Pro f = 1 kHz změřte RVST. Při odpojeném napájení nastavte potenciometrem P2 vámi zvolenou hodnotu RE a opakujte postup od bodu 3.
16
23. 2. 2001
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
2. 3. 2001
M4
4
3
2000 - 2001
SCHÉMA Obr. 1 Schéma tranzistorového přípravku +UCC RC
URC
R
OUT
T
IN
UCE RS P1
ZD
RE
P2
RL
1k 0
0
Obr. 2 Měření rozkmitu napětí
Obr. 3 Měření napěťového zesílení
T
G V
mV
Osc
Obr. 4 Měření mezních frekvencí G
T
G
T
mV
Obr. 5 Měření vst. odporu zesilovače G
mV
Osc
Osc
T Rdek
mV
Osc
POUŽITÉ PŘÍSTROJE OZN. UCC Rdek G Osc mV OZ RC, RL
PŘÍSTROJ Zdroj nesym. napětí Odporová dekáda Generátor funkcí Osciloskop analog. nf mV Operační zesilovač Rezistory drát.
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
TYP BK 180 METRA XL6 Tesla Tesla BM 584 TESLA BM 579 --207/10
EVID. Č. POZNÁMKA 465 12 V * až 100 kΩ E65-03 --218 /EM 84-5/391 Analogový OTE2-720 δ=2% --Přípravek --δ = 0,2 %
M4
list č. 1
POSTUP MĚŘENÍ 1. Výpočet hodnoty odporu RC = 2,5 kΩ => 2,7 kΩ (viz výpočet) a určení velikosti odporu RL = 27 kΩ (vycházeli jsme z katalogových hodnot). Zapojíme celý obvod. Nastavíme RC pomocí voltmetru a měřením úbytku napětí na vypočtenou hodnotu. Hodnotu RE volíme dle schématu RE = 1 kΩ. 2. Měření maximálního rozkmitu: ( f = 1 kHz , RE = 0 Ω ) zvyšovali jsme vstupní napětí až do počátku zkreslování napětí na výstupu, odečtem z osciloskopu jsme zjistili max. hodnotu UOp-p = 8 V (při UIp-p = 0,072 V), obě hodnoty jsme přepočetli na efektivní. Signál měl nesymetricky široké kladné a záporné amplitudy (kladná byla asi o polovinu širší). 3. Měření napěťového zesílení: ( f = 1 kHz , RE = 0 Ω ) využijeme předchozí měření a vypočteme max. napěťové zesílení bez zkreslení signálu. Výpočtem jsme dospěli k hodnotě AU = 111,11. 4. Měření fD a fH: ( f = 1 kHz , RE = 0 Ω ). Milivoltmetrem si změříme napětí na výstupu na dB stupnici. Postupně snižujeme frekvenci až na mV původní úroveň napětí poklesne o 3 dB. Odečteme dolní mezní frekvenci fD = 97 Hz. Nastavíme zpět 1 kHz. Nyní frekvenci postupně zvyšujeme až úroveň napětí vzroste o 3 dB. Odečteme horní mezní frekvenci fH = 262 kHz. 5. Měření vstupního odporu: ( f = 1 kHz , RE = 0 Ω ) Připojíme odporovou dekádu do série na vstup zesilovače a nastavíme Rdek = 0 Ω. Postupně zvyšujeme její hodnotu odporu až poklesne napětí na výstupu na polovinu (metoda poloviční výchylky) – hodnota odporu dekády je rovna vstupnímu odporu zesilovače Rvst = 6,9 kΩ (napětí na výstupu 2,68 V => 1,34 V). AU 3dB 0
fD
fH
f
6. Odpojíme napájecí napětí a nastavíme rezistor na hodnotu RE = 1 kΩ (pomocí potenciometru P2 na přípravku). Opakujeme měření obdobně jako u bodů 2. – 5., frekvence je stále f = 1 kHz: Měření maximálního rozkmitu: UOp-p = 7,2 V (při UIp-p = 3 V). Měření napěťového zesílení: AU = 2,4 Měření fD a fH: fD = 6,5 Hz (použili jsme citlivější generátor typu SFG 8205 A, protože původní generátor neměl dostatečnou možnost nastavení tak malých frekvencí) a fH = 1,42 Mhz Měření vstupního odporu: Rvst = 46 kΩ 7. Zhodnocení a odhady chyb
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 2
TABULKY TAB. 1
Srovnávací tabulka výsledných hodnot s a bez zpětné vazby
Veličina max. rozkmit U zesílení U dolní mez frek. horní mez frek. vstupní odpor zes.
Značka UOp-p AU fD fH Rvst
při RE = 0 Ω 8V 111,11 97 Hz 262 kHz 6,9 kΩ
při RE = 1 kΩ* 7,2 V 2,4 6,5 Hz 1,42 MHz 46 kΩ
* hodnoty jsme měřili milivoltmetrem a odečtem z osciloskopu, v tabulce jsou proto uvedeny průměrné hodnoty z obou měření
PŘÍKLAD VÝPOČTU a) Hodnota odporu RC: - je nutno počítat s úbytkem napětí na rezistoru zpětné vazby RE: U Re = R E ⋅ I C = 1000 ⋅ 0,002 = 2 V - pro plné využití zbývajícího napětí pro max. rozkmit se U půlí U Rc =
U CC − U Re 12 − 2 = = 5V 2 2
- z ohmova zákona již určíme velikost kolektorového rezistoru RC =
U Rc 5 = = 2,4 kΩ IC 0,002
- skutečný RC volíme nejbližší vyšší z řady RC = 2,7 kΩ b) Napěťové zesílení: AU =
U Op − p U Ip − p
=
8 = 111,11 0,072
Pozn.: pro výpočet jsem použil hodnoty špička-špička bez přepočtu na efektivní hodnotu (poměr napětí je stejný)
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 3
ZÁVĚR Chyby měření a) Rozkmit napětí: odečtem hodnot z osciloskopu 5-10 % nebo chybou milivoltmetru (na plném rozsahu 4 %) b) Napěťové zesílení: chyba je dána předchozími měřeními (5-10 %) c) Mezní frekvence: chyba měřících přístrojů byla minimální, jelikož výpočet je dán poměrem obou napětí, chyba až 5 % vznikala na generátoru, protože frekvenci jsme odečítali z mechanického kotouče d) Vstupní odpor: chyba odporové dekády (pod 1 %) + chyba milivoltmetru a hlavně odečtu úrovní na něm. Celkem tak 7 %. Zhodnocení a) signál na výstupu zesilovače je zkreslený (nestejná šířka kladné a záporné amplitudy) – nedostatek zesilovače b) přidáním odporu RE – zpětné vazby se sníží zesílení (v našem měření 46 krát), zvýší se šířka přenosového pásma (v našem měření 5,5 krát) a zvětší se vstupní odpor zesilovače (v našem měření 6,5 krát)
MOŘKOVSKÝ TOMÁŠ
M4
list č. 4
