CARACTERISTICA AMPLIFICARE - FRECVENTA A AMPLIFICATORULUI CU UN TB IN CONEXIUNEA EC

I. OBIECTIVE

a) Insusirea metodei de ridicare punct cu punct a caracteristicii amplificare-frecventa.

b) Determinarea benzii de frecvente de trecere la 3dB atenuare.

c) Determinarea efectelor elementelor capacitive si a amplificarii asupra benzii de frecvente de trecere.

II. COMPONENTE SI APARATURA

Se va lucra cu montajul experimental din Fig. 5.7. Pentru alimentare se va folosi o sursa de tensiune continua stabilizata. Tensiunile variabile se aplica de la un generator de semnale si se vizualizeaza cu un osciloscop cu doua canale. Pentru masurarea tensiunilor continue folosim un voltmetru electronic.

III. EXERCITII PREGATITOARE

P1. Caracteristica amplificare-frecventa

Circuitul echivalent al cuplajului intre sursa de semnal v_s cu rezistenta interna R_s si amplificator este prezentata in Fig. 5.1.

R_i si C_i sunt rezistenta, respectiv capacitatea de intrare ale amplificatorului.

Analizam circuitul pe rand in trei domenii de frecvente: joase, medii si inalte.

Valorile f_L si f_H, pentru circuitul din Fig.5.6, se deduc inlocuind tranzistorul cu modelul sau la frecvente inalte si joase si scriind functia de transfer, in complex, a circuitului

La frecvente joase, capacitatea echivalenta C_ech dintre baza si emitor este intrerupere (condensator foarte mic T capacitatea condensatorului este de ordinul pF), rezultand circuitul echivalent din Fig.5.2 :

Fig. 5.2. Modelul de semnal mic al TB la frecvente joase

unde  avem:

In urma calculelor pe modelul de semnal mic al TB la frecvente joase s-a obtinut urmatoarea expresie a functiei de transfer la frecvente joase:

La frecvente inalte C_O, C_C si C_E se comporta ca scurtcircuite (deoarece ele erau scurtcircuite si in frecvente medii). In schimb conteaza C_ech data de capacitatiile parazite ale tranzistorului bipolar.

Impedantele devin: Z_S = R_S, Z_E = 0, Z_O = 0, iar r_be se inlocuieste cu un Z_be,unde :

Sugestie: Modelul pentru semnal mic al tranzistorului la frecvente inalte este prezentat in Fig.5.3.a. Prin efect Miller C_bc multiplicata cu (1-A_v), unde A_v este amplificarea in tensiune. Rezulta circuitul echivalent din Fig.5.3.b. cu C_ech=C_be+(1-A_v)C_bc.

Pentru tranzistorul BC190 folosit de noi la I_c=1,4 mA valorile considerate pentru capacitatile parazite sunt: C_be 45pF si C_bc 2,6pF. Se considera

Circuitul echivalent va arata ca cel din Fig.5.4.

Cum arata caracteristica amplificare-frecventa (diagrama Bode) a circuitului obtinut? Pentru frecventa se va folosi scara logaritmica.

Fig. 5.4. Circuitul echivalent pentru frecvente inalte

P2. Efectele capacitatilor si amplificarii asupra benzii de frecvente

Consideram C_C=10nF, C_E=100mF, C_bc=2,6pF, A_v=-90 ca valori de referinta ale celor 4 marimi.

Calculati f_L cand C_C=47nF, celelalte marimi avand valorile de referinta, folosind relatia:

Calculati f_L cand C_E=1mF, celelalte marimi avand valorile de referinta, folosind relatia:

Calculati f_H folosind relatia:

atunci cand C_bc=12,6pF, celelalte marimi avand valorile de referinta.

Calculati f_H cand A_v=-180, celelalte marimi avand valorile de referinta.

IV. EXPERIMENTARE

	Fig. 5.5. Schema electrica a montajului

E1. Caracteristica amplificare-frecventa

Se foloseste circuitul din Fig. 5.5 cu K₁→1, K₂→deschis, K₃→1 si K₄→inchis.

v_s este semnal sinusoidal de la generatorul de semnale cu amplitudine de 40mV si frecventa de 5KHz.

Cu osciloscopul se vizualizeaza simultan v_s(t) si v_o(t).

Se ajusteaza daca este necesar amplitudinea lui v_s astfel ca v_o sa fie nedistorsionat.

Se determina amplitudinea v_o.

Fara a modifica amplitudinea v_s se determina amplitudinea v_o pentru frecventele din Tabelul 6.1.

Determinarea f_L si f_H cu ajutorul osciloscopului:

Se determina f_L astfel: se descreste frecventa lui v_s pana cand amplitudinea lui v_o scade la din amplitudinea maxima nedistorsionata al lui v_o.

Se determina f_H astfel: se creste frecventa lui v_s pana cand amplitudinea lui v_o scade la din amplitudinea maxima nedistorsionata al lui v_o.

E2. Efectele capacitatilor si amplificarii asupra benzii de frecvente

Dorim sa determinam efectele condensatoarelor C_C, C_E, C_bc, si a amplificarii in tensiune A_v asupra benzii de frecvente a amplificatorului. Pentru fiecare din aceste marimi consideram o valoare de referinta: C_C=10nF, C_E=100mF, C_bc=2,6pF (capacitatea parazita a condensatorului), A_v=-90 (valoare care se poate calcula de pe circuitul din Fig.5.6). Modificam pe rand fiecare din aceste valori, determinand de fiecare data banda de frecvente.

Determinarea benzii de frecvente prin masurarea f_L si f_H, cu ajutorul osciloscopului, pentru fiecare din cele 4 situatii:

v_s semnal sinusoidal cu amplitudinea mai mica de 40mV.

Se vizualizeaza v_s(t) si v_o(t).

Se modifica frecventa tensiunii v_s pentru a obtine amplitudinea maxima a v_o (daca v_o este distorsionata se micsoreaza v_s).

Se determina f_L micsorand frecventa v_s pana cand amplitudinea v_o scade la din amplitudinea maxima obtinuta pentru v_o.

Se determina f_H crescand frecventa v_s pana cand amplitudinea v_o devine din amplitudinea maxima obtinuta pentru v_o.

a) Efectul C_C (C_C=47nF): K₁ 2, K₂ deschis, K₃→1 si K₄→inchis.

b) Efectul C_E (C_E=1mF): K₁ 1, K₂ deschis, K₃ 2 si K₄→inchis.

c) Efectul C_bc: se adauga in exteriorul tranzistorului o capacitate C=10pF in paralel cu C_bc, asadar C_bc=12,6pF ; K₁ 1, K₂ inchis, K₃ 1si K₄ inchis.

d) Efectul A_V: K₁ 1, K₂ deschis, K₃ 1, K₄ deschis.

V. REZULTATE

R1. Caracteristica amplificare-frecventa

Se completeaza Tabelul 6.1.

Tabelul 6.1.

Valorile f_L si f_H si a amplitudinii v_o la aceste frecvente. Cum sunt f_L si f_H fata de cele calculate la P1?

Completati prima linie din Tabelul 6.2.

R2. Efectele capacitatilor si amplificarii asupra benzii de frecvente

Pentru cele 4 situatii de la E2. se trec in Tabelul 6.2. (pozitiile 2, 3, 4, 5) valorile frecventei limita inferioara f_L, frecventei limitei superioare f_H si latimii de banda B=f_H-f_L.

Tabelul 6.2.

Comparati valorile masurate (pentru f_L si f_H) cu cele calculate la P2.

Care dintre frecventele limita (f_L sau f_H) se modifica cu modificarea fiecareia dintre cele 4 marimi: C_C, C_E, C_bc, A_v.

Care este sensul de modificare (creste/scade) al frecventelor limita in raport cu sensul de modificare a fiecareia din cele 4 marimi? Ce combinatii de valori trebuie aleasa pentru C_C, C_E, C_bc, A_v astfel incat sa obtinem cea mai mica banda de trecere la 3dB atenuare? Dar pentru a obtine cea mai mare banda de trecere?

Conform datelor din Tabelul 6.2. modificarea carei frecvente (f_L sau f_H) are efect mai mare asupra benzii de trecere B? De ce?

Daca C_C=47nF si C_E=1mF in acelasi timp, ce valoare va avea f_L? De ce?

Daca C_bc=12,6pF si A_v=-180 in acelasi timp, ce valoare va avea f_H? De ce?