Amplificatoare de semnal mic cu tranzistor bipolar

Amplificatoare de semnal mic cu tranzistor bipolar

1. Scopul lucrarii

studierea functionarii unui amplificator de semnal mic cu cuplaj RC in conexiune EC fara reactie

evidentierea neinfluentarii raspunsului amplificatorului la frecvente medii si inalte din cauza elementelor de cuplaj si a grupului RC de decuplare din colector;

determinarea frecventei limita inferioara in functie de elementele de cuplaj sau numai de condensatorul de cuplaj sau, in egala masura, de ambele variante.

2. Consideratii teoretice

Amplificatorul poate fi asemanat cu un cuadripol liniar la iesirea caruia se obtine un semnal proportional cu semnalul aplicat la intrare si de putere mai mare. Castigul suplimentar de putere se obtine de la sursa de c.c. utilizata pentru polarizarea elementelor active.

Asigurarea proportionalitatii semnalelor de iesire si intrare e conditionata de liniaritatea amplificatorului, adica de regimul liniar de lucru pentru fiecare element activ,care se obtine numai la semnal mic (sub 10 mV).

Simbolizarea amplificatorului cu o singura intrare si caracteristica generala de frecventa sunt prezentate in figura de mai jos:

Figura 1.1

Determinarea frecventelor limita de sus (f_s) si de jos (f_j) ale amplificatorului se poate face din caracterististica |A_V|=f (frecventa), prin trasarea unei drepte la nivelul ordonatei 0,707|A_v0|. Intervalul de frecventa cuprins intre fj si fs se numeste numeste banda de frecventa a amplificatorului (B):

B=f_s-f_j.

In functie de natura marimilor fizice, la intrarea si iesirea amplificatorului se intalnesc urmatoarele situatii: comanda de intrare se realizeaza in tensiune sau in current, iar raspunsul se obtine fie in tensiune fie in curent pentru fiecare mod de excitare.

In fig.1.2 este data schema electrica a unui amplificator de semnal mic cu un tranzistor in conexiune EC.

Figura 1.2

Baza tranzistorului este alimentata de la E_C prin divizorul (R_B1, R_B2). Condensatorul de cuplaj C_B evita inchiderea componentei continue prin etajul anterior sau prin generatorul de semnal V_g.

Rezistenta R_E asigura: stabilizarea termica a punctului static de functionare (PSF), marirea rezistentei de intrare, micsorarea capacitatii de intrare, extinderea domeniului tensiunilor de intrare pentru care circuitul are o comportare liniara, cresterea largimii benzii de frecvente, etc. Ea e decuplata in c.a. de catre condensatorul C_E.

Daca condensatorul Ce lipseste, rezistenta Re introduce o puternica reactie in c.a., care scade amplificarea.

Condensatorul C_C evita trecerea componentei de c.c. din colector prin rezistenta de sarcina R_L.

In c.a. sarcina este:

R_S=R_C||R_L.

La amplificatoarele de semnal mic ne intereseaza estimarea parametrilor de baza si a urmatoarelor caracteristici:

amplificarea in tensiune (A_V) si/sau in curent (A_i);

rezistenta de intrare (R_i);

rezistenta de iesire (R₀);

caracteristica de transfer (V₀=f(V_i) sau i₀=f(i_g));

caracteristica de frecventa (A_V=f(frecv.) sau A_i=f(frecv.));

frecventa limita de jos (f_j);

frecventa limita de sus (f_s);

banda de trecere la -3dB (B=f_s-f_j).

3. Desfasurarea lucrarii

3.1. Se identifica montajul din fig.1.3 de amplificator de semnal mic cu tranzistorul BC in conexiune EC.

Figura 1.3

In afara montajului, pentru efectuarea lucrarii se folosesc urmatoarele aparate:

Ec - sursa de tensiune continua stabilizata si reglabila;

multimetru numeric analogic;

generator de semnal sinusoidal cu tensiune si frecventa reglabila.

In aceasta schema avem:

R₁=100kΩ C_B1=0.22μ F/6V

R_B1=82kΩ; R_B2=20kΩ C_B2=2.2μF/6V

R_C=4.7kΩ C_C1= 0.22μ F/6V

R_E=1kΩ C_B2=2.2μ F/6V

R_L=4.7kΩ C_E=100μ F/6V

R_g=0.6kΩ C_ER=470μ F/6V

3.2. Se decupleaza rezistenta din emitor cu ajutorul condensatorului C_E (bornele 6 si 7 strapate) iar intre bornele 13 si 14 se conecteaza un mA dupa care se alimenteaza montajul cu Ec=12 V. Se determina PSF masurand Ic si V_CE.

3.3. La intrarea amplificatorului se conecteaza generatorul de semnal sinusoidal prin C_B1, cu bornele 1si 4 scurtcircuitate si rezistenta de sarcina la iesirea amplificatorului, prin C_C1,cu bornele 10 si 12 scurtcircuitate. De la generatorul de semnal sinusoidal se aplica V_i=10mV si se masoara semnalul V₀ de la bornele rezistentei de sarcina, modificand continuu frecventa intre 20 si 1MHz.

Se ridica caracteristica de frecventa A_V(jω =f(ω) a etajului cu aceasta configuratie, folosind relatia:

|A_V(jω)|=V₀/V_i

Se completeaza tabelul 1.1:

Din grafic se determina modulul amplificarii la frecventa medie A_V0 si frecventele limita de sus si de jos (f_s si f_j).

3.4. Se decupleaza rezistenta din emitor folosind condensatorul C_ER (bornele 6 si 8 scurtcircuitate ) si se repeta punctul 3.3 al lucrarii.

3.5. Se realizeaza cuplajul cu generatorul de semnal prin C_B2 (bornele 1 si 5 scurcircuitate) si se repeta punctul 3.3 al lucrarii.

3.6. Se realizeaza cuplajul cu sarcina prin condensatorul C_C2 (bornele 11 si 12 scurcircuitate) si se repeta punctul 3.3 al lucrarii.

3.7. Se aplica intre bornele 1si 2 un semnal V_i=1V si f =1kHz, iar cu un voltmetru electronic se masoara tensiunea intre punctele 2 si 3 notata cu V_i.

Se determina curentul de intrare cu relatia:

Se calculeaza apoi rezistenta de intrare cu relatia:

3.8. Cu un voltmetru electronic de c.a. se masoara caderea de tensiune V₀ pe rezistenta R_L si se determina curentul:

Se calculeaza Ai cu relatia:

3.9. Se decupleaza rezistenta R_L (R_L ) si in locul ei se conecteaza inseriate un mA si generatorul de semnal intre bornele 11 si 3 (bornele 1 si 2 sunt scurtcircuitate). De la generator se aplica un semnal sinusoidal de tensiune V₀=1V si frecventa f=1kHz si se masoara curentul i₀ ce trece prin mA.

Se calculeaza rezistenta de iesire cu relatia:

V_i 0, R_L

3.10. Se determina panta tranzistorului cu relatia:   

Valoarea lui A_V este luata din tabelul 1.1 pentru f=1kHz. Apoi se compara valoarea calculata a lui g_m cu cea determinata experimental (folosind valoarea curentului I_C masurata la punctul 3.2.) cu ajutorul relatiei:

4. Continutul referatului

4.1. Schema electrica a circuitului utilizat in laborator.

4.2. Se vor desena circuitele echivalente, pe domenii limitate de frecventa, ale amplificatorului de semnal mic. Folosind datele de catalog ale tranzistorului bipolar, sa se calculeze functia de transfer la frecvente joase si respectiv inalte, pentru toate seturile de valori ale capacitatilor de cuplaj si de decuplare. Frecventele limita si amplificarea in banda (A_V0), estimate prin calcul, vor fi comparate cu valorile corespunzatoare obtinute din caracteristica experimentala: A_V(jω =f(ω

4.3. Se vor calcula rezistenta de intrare si cea de iesire a amplificatorului pentru frecvente medii si se vor compara cu valorile experimentale obtinute la punctele 3.7 si 3.9.

4.4. Sa se determine frecventele limita, prin metoda constantelor de timp de scurtcircuit si de circuit deschis. Valorile obtinute prin aceasta metoda vor fi comparate cu acelea determinate experimental rezultate din caracteristica A_V(jω =f(ω

4.5. Se vor determina parametrii de baza ai amplificatorului studiat:

R_i, R₀, g_m, A_V, A_i.

4.6. Concluzii asupra lucrarii.