L06. AMPLIFICATOR DE SEMNAL MIC CU TBJ - Experiment

Scopul experimentului: Calculul şi testarea amplificatoarelor de semnal mic cu tranzistoare bipolare cu joncţiuni (TBJ) fără şi cu reacţie negativă locală.

Desfăşurarea experimentului: Montajul folosit în experiment este redat în figura 1.

K

E

E1

E2

M

CE

E

CB

RE1

RE2

RE3

68Ω

68Ω

68Ω

RC

820Ω336KΩ

'bR

''bR

IN

OUT

CC CB

RL

1,8KΩ

V N

Sursă de alimentare

Osciloscop – Canalul II

EC = 10V

Osciloscop – Canalul I

M

M

M

M

Generator de semnal

Figura 1. Montaj de testare a amplificatorului de semnal mic

Aparate folosite in cadrul experimentului: 1) Placă montaj cu amplificatoare de semnal mic cu TBJ; 2) Multimetru numeric; 3) Generator de semnal sinusoidal tip Sinometer YB1620A ; 4) Osciloscop catodic tip Pintek-PS355 ; 5)Sursă de curent continuu programabilă P6100 .

Pentru executarea lucrării practice de laborator se execută următoarea succesiune de operaţii:

Cazul amplificatorului fără reacţie negativă: A. Determinarea amplificării

E1. Se identifică componentele pe placa de montaj. Se conectează comutatorul K în punctul M (condensatorul C este conectat la masă). Se reglează 10V la sursa programabilă şi se verifică masurând cu multimetrul, setat pe domeniul de măsură 20V continuu, tensiunea la bornele acesteia.

E2. Fixarea punctului static de funcţionare (PSF): se conectează multimetrul numeric între punctele C şi la E de pe schemă. Se reglează semireglabilul SR până când multimetrul indică 5V.

E3. Se conectează generatorul de joasă frecvenţă şi osciloscopul ca în figură. Se conectează borna K la borna E. Astfel, condensatorul CE decuplează RE = RE1 + RE2 + RE3 şi etajul amplificator este fără reactie negativă.

E4. Cu ajutorul generatorului de semnal se setează: frecvenţa de lucru la valoarea f0 = 1000 Hz, care este frecvenţa medie a benzii de frecvenţă şi amplitudinea semnalului de intrare VimVV=100mV (tensiunea de intrare (IN) masurată vârf la vârf). Se verifică pe canalul I al osciloscopului valorile astfel setate.

E5. Se măsoară pe canalul II al osciloscopului tensiunea de iesire vârf la vârf: VomVV. E6. Se calculează AVm = VomVV / VimVV (amplificarea în tensiune măsurată). E7. Se calculează amplificarea AVc (amplificarea în tensiune calculata) folosind valorile componentelor de

pe placa de montaj şi relaţia de calcul a amplificării din curs.

gi

i

e

dsev RR

Rh

RhA

+⋅−=

11

21

8.021β

=eh ; CP

Tee I

Vhh ⋅= 2111 ; LC

LCds RR

RRR+⋅

= ; Be

Bei Rh

RhR+⋅

=11

11 ;

β = factorul de amplificare de curent bază → colector ; RG = rezistenţa internă a generatorului de semnal = 600Ω ;

RB este rezistenţa din bază ; B

RL este rezistenţa de sarcină ; VT = tensiunea de difuziune termică = 0,026V ; ICP este curentul de colector în PSF ;

.021

111 == v

iv

h = impedanţa de intrare cu ieşirea în scurtcircuit [Ω] ;

021

221 == v

ii

h = factor de amplificare a curentului cu ieşirea în scurtcircuit [adimensional]

E8. Se compară valoarea măsurată AVm cu valoarea calculată AVc, se consemnează datele în foile de lucru şi se desenează formele de undă vizualizate pe osciloscop. Se trag concluziile.

B. Determinarea benzii de frecvenţă E9. Se micşorează frecvenţa semnalului de intrare sub valoarea f0 = 1000Hz păstrând constantă

amplitudinea semnalului de intrare VimVV , până când tensiunea de ieşire VomVV scade cu 2 faţă de valoarea de la f0. Se citeşte de la generator indicaţia de frecvenţă care reprezintă limita de jos fj a benzii de frecvenţă. Se notează rezultatele.

E10. Se măreşte frecvenţa semnalului de intrare peste valoarea f0 = 1000Hz păstrând constantă amplitudinea semnalului de intrare VimVV , până când tensiunea de ieşire VomVV scade cu 2 faţă de valoarea de la f0. Se citeşte de la generator indicaţia de frecvenţă care reprezintă limita de sus fs a benzii de frecvenţă. Se notează rezultatele.

E11. Se trasează grafic caracteristica de frecvenţă AV(f).

Cazul amplificatorului cu reacţie negativă: E12. Se comută borna K pe poziţia E1 şi se repetă punctele 4, 5 şi 6. E13. Se calculează amplificarea AVc cu formulele din curs (Re = RE1) şi se notează rezultatele. E14. Se compară valoarea măsurată AVm cu valoarea calculată AVc. E15. Se repetă punctele E9 şi E10 şi se notează limitele benzii de frecvenţă.

E16. Se comută borna K pe poziţia E2 şi se repetă punctele 4, 5 şi 6. E17. Se calculează amplificarea AVc cu formulele din curs (Re = RE1 + RE2 ) şi se notează rezultatele. E18. Se compară valoarea măsurată AVm cu valoarea calculată AVc. E19. Se repetă punctele E9 şi E10 şi se notează limitele benzii de frecvenţă.

E20. Se comută borna K pe poziţia E1 şi se repetă punctele 4, 5 şi 6. E21. Se calculează amplificarea AVc cu formulele din curs (Re = RE1 + RE2 + RE3) şi se notează rezultatele. E22. Se compară valoarea măsurată AVm cu valoarea calculată AVc. E23. Se repetă punctele E9 şi E10 şi se notează limitele benzii de frecvenţă.

E24. Se compară rezultatele obţinute la punctele 9, 10 , 15, 19 şi 23 şi se trag concluziile privind influenţa reacţiei negative asupra lăţimii benzii de frecvenţă.

( ) gi

i

Eee

dsev RR

RRhh

RhA+

⋅++

−=2111

21

1

( )[ ]EeeBi RhhRR 2111 1++=

L08. AMPLIFICATOR DE SEMNAL MIC CU TBJ - Simulare:

S1. Se desenează schema amplificatorului de semnal mic cu TBJ fără reacţie negativă locală din figura 2.

0

0

0

Rc820

Rb0k

VintrareFREQ = 1000VAMPL = 10mVOFF = 0

Ec10

Riesire1.8k

CL

10u

00

VCE150u

Rg600

Cb

10u

Re204

TBC368

V

0

Sursa GJF 2

Vintrare0.01Vac0Vdc

Sursa GJF 1(In libraria SOURCE este sursa VSIN) (In libraria SOURCE este sursa VAC)

0

Vintrare

FREQ = 1000VAMPL = 10mVOFF = 0

Figura 2. Montaj de simulare a amplificatorului de semnal mic fără reacţie negativă locală S2. Se ajustează rezistenţa Rb pentru a obţine PFS-ul dorit (Vce=5V, Ic=5mA). S3. Se editează profilul de simulare pentru analiza tranzitorie în domeniul timp pentru 5ms, folosind un

pas de 10us. S4. Se rulează simularea şi se vizualizează tensiunile de intrare şi de ieşire explicând defazajul dintre ele

(pentru o mai buna vizualizare se înmulţeşte tensiunea de intrare cu 10). S5. Se salvează formele de undă vizualizate. S6. Se înlocuieşte sursa de semnal sinusoidal GJF1 de tip VSIN cu sursa GJF2 de tip VAC (sursă cu

frecvenţa reglabilă). S7. Se editează profilul de simulare pentru analiza în domeniul frecvenţă, astfel: AC SWEEP tip

logaritmic decadic intre 1Hz si 200MHz, în 10000 puncte pe decadă. S8. Se rulează simularea şi se vizualizează caracteristica de frecvenţă a amplificatorului. S9. Cu ajutorul cursorului se determină de pe caracteristică amplificarea şi limitele benzii de frecvenţă. S10. Notaţi şi explicaţi în foile de lucru rezultatele obţinute.

S11. În schema din figura 4.28 se elimină condensatorul CE, astfel s-a obţinut un amplificator de semnal mic cu reacţie negativă locală. Se înlocuieşte sursa de semnal GJF2 cu sursa GJF1.

S12. Se repetă punctele S3-S10.

S13. Se modifică valoarea lui Re la 136Ω. Se repetă punctele S3-S10.

S14. Se modifică valoarea lui Re la 68Ω. Se repetă punctele S3-S10. S15. Se compară rezultatele obţinute la punctele S9, S12, S13 şi S14 şi se trag concluziile privind

influenţa reacţiei negative asupra lăţimii benzii de frecvenţă.

1. Rezultatele lucrării: Amplificator de semnal mic cu TBJ

Fără

Reacţie negativă (RE=0)

Cu Reacţie negativă

(RE=RE1)

Cu Reacţie negativă

(RE=RE1+RE2)

Cu Reacţie negativă

(RE=RE1+RE2+RE3)

AV calculată

AV măsurată AMPLIFICAREA ( f0=1kHz )

AV simulată

fj măsurată

fî măsurată

fj simulată

BANDA DE

FRECVENŢĂ

fî simulată 2. Formele de undă obţinute în urma experimentului respectiv a simulării (se vor desena sincron şi se vor

trece valorile tensiunilor , respectiv ale amplificării şi frecvenţelor de tăiere pe grafic) :

+Vi m

+Vo m

-Vi m

-Vo m

1ms 0.5ms 1.5ms

+Vi s

+Vo s

3. Concluzii:

0

-Vi s

-Vo s

1ms 0.5ms 1.5ms 0

Măsurare prin experiment Simulare

A

0 f