MONTAJE CU IMPEDANŢĂ DE INTRARE MĂRITĂ

Transcript

1 DCE I Îndrumar de laorator Lucrarea nr. 5 MONTAJU IMPEDANŢĂ DE INTRARE MĂRITĂ I. Scopul lucrării II. Noţiuni teoretice III. Desfăşurarea lucrării IV. Temă de casă V. Simulări VI. Anexă

2 DCE I Îndrumar de laorator I. Scopul lucrării Scopul lucrării constă în studierea eficacităţii unor metode de mărire a impedanţei de rare a unui circuit realizat cu tranzistoare ipolare. II. Noţiuni teoretice. Metode de mărire a impedanţei de rare. Pentru mărirea impedanţei de rare, se folosesc diferite metode ca: mărirea lui rπ h prin micşorarea curentului de colector al tranzistorului, ootstraparea pentru reducerea efectului de şuntare provocat de divizorul de polarizare în curent continuu şi de rezistenţa r µ, utilizarea sarcinilor dinamice pentru rezistenţa R e (sursă de curent sau repetor pe emitor), utilizarea tranzistoarelor compuse (Darlington, super-d).. Posiilitatea de mărire a impedanţei de rare rezultă din analiza relaţiei cu ajutorul căreia se calculează impedanţa de rare în montajul colector la masă (care are cea mai mare impedanţă de rare dre conexiunile fundamentale). Pentru repetorul pe emitor, reprezentat su forma unei scheme electrice în fig. 5. (montajul M ), impedanţa de rare va fi: Z = ( R R + ) rµ [ rπ + ( β + ) r Re ] (5.) unde: - R R +, repreză contriuţia divizorului de polarizare (mărirea rezistenţelor R, R sau provoacă instailitate termică a montajului); în multe scheme simple, rezistenţa este înlocuită cu un scurtcircuit, iar în altele rezistenţa R nu se mai foloseşte, polarizarea tranzistorului realizîndu-se prr-o rezistenţă cuplată direct la sursa de alimentare. - r µ, r π, r şi β sunt parametrii circuitului echivalent al tranzistorului, folosit la frecvenţe medii; în relaţiile următoare se vor folosi aproximaţiile r π = h şi β = h. - R e este rezistenţa din emitorul tranzistorului, a cărei valoare nu poate fi mărită, deoarece căderea de tensiune continuă la ornele ei e limitată de ateria de alimentare. U Z i R C R fig. 5. R e U

3 DCE I Îndrumar de laorator În cazul conexiunii colector comun, impedanţa de rare a montajului e limitată de divizorul de polarizare al azei. Pentru eliminarea acestui inconvenient se utilizează o rezistenţă R conectată ca în fig.5.. ' B 3. În montajul M din fig. 5. se foloseşte tehnica ootstrapării pentru micşorarea efectului de şuntare al divizorului de polarizare cu ajutorul capacităţii C. Considerând că tranzistorul T împreună cu rezistenţa R poate fi înlocuit, în schema echivalentă pentru semnale variaile, cu un tranzistor echivalent cu parametrii: R C H R h (5.) U Z i C şi H se oţine: (5.3) h + h Z = r µ H + ( H + ) r R R R ] (5.4). [ e B B Dacă sunt îndeplinite condiţiile: R fig. 5. R e U R >> h şi R B RB >> Re (5.5) se oţine expresia aproximativă a impedanţei de rare: Z r µ [ h + ( h + ) r Re ] (5.6) În continuare, în celelalte montaje, M 3 M 6, se va folosi aceeaşi tehnică pentru reducerea efectului divizorului de polarizare. 4. În montajul M 3 din fig. 5.3 se foloseşte un tranzistor compus Darlington. Din punct de vedere dinamic, montajul Darlington poate fi înlocuit cu un tranzistor echivalent cu parametrii daţi de relaţiile aproximative: H h + ( h + h (5.7) ) şi H (5.8). hh 3

4 DCE I Îndrumar de laorator Impedanţa de rare va fi: H Z r µ [ H + ( + ) r Re R R ] (5.9) H + R fig. 5.3 C C U Z i R R e U 5. Tranzistoarele T şi T din fig. 5.3 lucrează la curenţi mult diferiţi (curentul de emitor al tranzistorului T este curent de ază pentru tranzistorul T ) şi, pentru înlăturarea acestui dezavantaj, se roduce o rezistenţă suplimentară în emitorul tranzistorului T, ca în montajul M 4 din fig fig. 5.4 R C C U Z i R R e R e U 4

5 DCE I Îndrumar de laorator Impedanţa de rare a schemei va fi: h Z r µ [ h + ( + ) r Z e ] (5.) h + unde: Z e Re R R ( h + h Re ). (5.) Se constată că rezistenţa R e, prin care circulă curent continuu pentru tranzistorul T, micşorează impedanţa de rare în comparaţie cu valoarea oţinută cu montajul M Dezavantajul montajului precedent este înlăturat prin ootstraparea rezistenţei R e : se împarte rezistenţa R e în două şi punctul de mijloc va fi cuplat (prin capacitate) la ieşire, ca în montajul M 5 din fig Din punct de vedere dinamic, tranzistorul T împreună cu rezistenţa e, pot fi înlocuiţi cu un tranzistor echivalent, T şi care, împreună cu tranzistorul T, formează un tranzistor compus Darlington, cu colectorul la masă. Rezultă: Z r µ [ H + ( H + ) r Re e R R ] (5.) cu şi H [ h + ( h + ) h Re ] (5.3) H. (5.4) + ( h + ) e h h h Re + h Re + h Cu acest montaj se pot oţine impedanţe de rare de până la MΩ, la limita impusă de r µ. fig. 5.5 R C U Z i C R e C 3 R R e R e U 5

6 DCE I Îndrumar de laorator 7. Mărirea impedanţei de rare se oţine şi prin înlocuirea rezistenţei R e din fig. 5. cu un tranzistor în montaj ază la masă, aşa cum se vede în fig. 5.6, pentru montajul M 6. Impedanţa de rare va fi: Z = r µ [ h + ( h + ) r R R ] (5.5). h + Pentru '' R se foloseşte expresia aproximativă: R '' '' h + h R = (5.6). h + R h '' '' e '' '' e fig. 5.6 R R C U Z i C R C 3 U R e R 8. Montajele M 7, M 8 şi M 9 folosesc tehnica ootstrapării pentru reducerea efectului de şuntare al lui r µ ; de asemenea, este modificat circuitul de polarizare (se simplifică), utilizând acelaşi circuit pentru ootstrapare. Montajul M 7 din fig. 5.7, foloseşte tranzistoarele T şi T conectate în cascadă în curent continuu, cu rezistenţa de fixare a curentului prin tranzistorul T, ootstrapată ca în fig Montajele M 8, din fig. 5.8, cu tranzistoarele de acelaşi tip şi M 9, din fig. 5.9, cu tranzistoare complementare, folosesc tranzistoare polarizate în curent continuu în serie, avantajul asigurării aceluiaşi curent de colector al tranzistoarelor. Din punct de vedere dinamic, cele trei montaje se pot reduce la schema de principiu a unui repetor pe emitor constatând că tranzistoarele T şi T, împreună cu rezistenţele aferente, pot fi echivalate cu un tranzistor compus super-d ce funcţionează în conexiune colector la masă. Cu aceste montaje se pot oţine impedanţe de rare de ordinul zecilor de MΩ. 6

7 DCE I Îndrumar de laorator fig. 5.7 fig. 5.8 R B R B R R B C C C 3 C 3 Z R C Z R C U U R 3 R 4 U R U fig. 5.9 R B R C C Z R C 3 Conexiune Super-D U R B U 7

8 DCE I Îndrumar de laorator 9. Măsurarea impedanţelor de rare se face cu ajutorul schemei de măsură din fig.5.. Impedanţa de rare se calculează cu relaţia: U Z = (5.7). U U Valorile mari ale impedanţelor de rare realizate de montajele testate fac dificilă măsurarea tensiunii U, având în vedere valoarea limitată a rezistenţei de rare a milivoltmetrului de curent alternativ (analogic sau numeric) utilizat, în mod oişnuit, pentru astfel de măsurători. Dezavantajul este înlăturat prin măsurarea tensiunii U de la ieşirile montajelor, toate acestea funcţionând ca repetoare de tensiune ( U = U real). Deci, pentru calculul impedanţelor de rare se va folosi relaţia: U Z = (5.8). U U R U U A = U Z fig. 5.. Montaje cu impedanţe de rare mari se pot oţine şi prin utilizarea tranzistoarelor cu efect de câmp sau a amplificatoarelor operaţionale, studiate în alte lucrări. 8

9 DCE I Îndrumar de laorator III. Desfăşurarea lucrării. Identificarea montajului Se identifică montajul din fig. 5. pe care pot fi realizate montajele M M 6. 4 R r T 7 R 3 R 6 R 9 T T R R R R e3 R 3 fig. 5. Rezistenţa r montată în serie cu aza are rol antioscilant. Se vor realiza pe rând cele 6 montaje ( M M 6 ), care se vor alimenta cu E c = 8V. Aplicaţie simulată de laorator: În fişierul deschis prin link se va identifica schema din fig. 5. şi se vor realiza, pe rând, montajele din fig. 5.,, fig. 5.6, care vor fi salvate separat sau în acelaşi fişier dacă experimentul urmează a se face pentru fiecare în parte. PRACTIC.EWB. Analiza în curent continuu Se vor măsura punctele statice de funcţionare pentru fiecare montaj şi se vor determina ' '' parametrii de regim dinamic h şi h, ştiind că S = 4IC, iar h = h =. Se vor lua, pentru montajele M şi M, R e = R, pentru montajul M 3. R e = R, pentru montajul M 4, R e = R şi R e = R, iar pentru montajul M 5, Re = Re = Re = R ; în toate cazurile se va lua R = 3. 6kΩ. 9

10 DCE I Îndrumar de laorator Pentru fiecare din cele 6 montaje, cu valorile rezistenţelor specificate, se vor determina punctele statice de funcţionare pe cale teoretică. Aplicaţie simulată de laorator: Se vor determina prin simulare punctele statice de funcţionare şi apoi parametrii tranzistoarelor, pentru fiecare din montajele din fig. 5.,, fig. 5.6 folosind fişierele salvate la punctul anterior. PRACTIC.EWB 3. Determinarea impedanţei de rare Se măsoară impedanţele de rare pentru cele 6 montaje cu ajutorul schemei de măsură din fig. 5.. Pentru aceasta se va aplica la orna 3 semnal sinusoidal de frecvenţă ' 5 Hz şi valoare eficace U = mv. Se vor măsura tensiunile U şi U şi se va determina impedanţa de rare cu relaţia (5.8). Pentru fiecare din cele 6 montaje, cu ajutorul relaţiilor teoretice specificate, se vor determina şi valorile teoretice ale impedanţelor de rare. Aplicaţie simulată de laorator: Se vor deschide pe rând fişierele corespunzătoare celor 6 montaje din fig. 5.,, fig. 5.6 (salvate la punctul anterior). La orna 3 se va conecta un generator de semnal sinusoidal virtual de frecvenţă 5 Hz şi valoare eficace ' U = mv. Se vor măsura tensiunile U şi U şi se va determina impedanţa de rare cu relaţia (5.8). PRACTIC.EWB 4. Montaje cu tranzistoare compuse de tip super D Se identifică schemele din figurile 5.7, 5.8, 5.9, care repreză montaje cu impedanţă de rare mărită cu tranzistoare compuse de tip super D. Sa se determine expresiile teoretice ale impedanţelor de rare şi apoi să se calculeze valorile acestora pentru R = R = R 3 = R 4 =R = 3,6 kω şi R B = R B = 36 kω. Parametrii de regim dinamic ai tranzistoarelor se vor lua pentru h şi h, ştiind că S = 4IC şi E c = ' '' 8V, iar h = h. = Aplicaţie simulată de laorator: În fişierul deschis prin link se vor realiza, pe rând, montajele din fig. 5.7, fig. 5.8 şi fig. 5.9, care vor fi salvate separat. Prin ermediul unei rezistenţe R se măsoară impedanţele de rare pentru cele 3 montaje cu ajutorul schemei de măsură din fig. 5. şi a relaţiei (5.8). Pentru aceasta se va aplica la rare un ' semnal sinusoidal de frecvenţă 5 Hz şi valoare eficace U = mv, după care se vor măsura tensiunile U şi U. PRACTIC.EWB

11 DCE I Îndrumar de laorator IV. Temă de casă Referatul va conţine: - schemele celor 9 montaje din fişierele de simulare; - rezultatele măsurătorilor pentru punctele statice de funcţionare şi valorile calculate ale parametrilor dinamici oţinute experimental, teoretic sau prin simulare; - rezultatele măsurătorilor experimentale şi simulate pentru U şi U şi valorile determinate pentru impedanţele de rare ; - valorile teoretice ale impedanţelor de rare ale celor 9 montaje. Se vor lua ' ' rµ = MΩ şi r = 5kΩ ; - oservaţii şi concluzii. V. Simulări Aplicaţia simulată pentru montajul. Fisiere MIIM\MIIM-M.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul. Fisiere MIIM\MIIM-M.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul 3. Fisiere MIIM\MIIM-M3.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul 4. Fisiere MIIM\MIIM-M4.EWB

12 DCE I Îndrumar de laorator Aplicaţia simulată pentru montajul 5. Fisiere MIIM\MIIM-M5.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul 6. Fisiere MIIM\MIIM-M6.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul 7. Fisiere MIIM\MIIM-M7.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul 8. Fisiere MIIM\MIIM-M8.EWB Aplicaţia simulată pentru montajul 9. Fisiere MIIM\MIIM-M9.EWB VI. Anexă Valorile rezistenţelor de pe plăcuţa din laorator sunt următoarele: R = M; R = 39K; R = 75K; r =.5K; R = 8K; R = 3.6K; R e3 = K; R 3 = 8K; R 3 = 8K;