ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Godina 2006/2007 PRAKTIKUM ZA IZVOĐENJE LABORATORIJSKIH VEŽBANJA IZ PREDMETA: ELEKTRONIKA (SGE, SGMIM, SGUS) ELEKTRONIKA U TELEKOMUNIKACIJAMA (SGT) STUDENT: BR. INDEKSA:
Studijske grupe: Elektronika i Mikroelektronika i mikrosistemi Ciklus I 1. Vežba 1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 2. Vežba 2. Pojačavač sa bipolarnim tranzistorom ili Vežba 3. Pojačavač sa MOSFET-om 3. Vežba 4. Diferencijalni pojačavač 4. Vežba 5. Dvostepeni pojačavač sa JFET-om Ciklus II 5. Vežba 7. Negativna povratna sprega 6. Vežba 8. LC oscilator sa bipolarnim tranzistorom i Vežba 9. Pojačavač snage 7. Vežba 10. Usmerač i stabilizator sa rednim tranzistorom Studijske grupe: Telekomunikacije i Upravljanje sistemima Ciklus I 1. Vežba 1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 2. Vežba 2. Pojačavač sa bipolarnim tranzistorom ili Vežba 3. Pojačavač sa MOSFET-om 3. Vežba 4. Diferencijalni pojačavač 4. Vežba 6. Primena operacionog pojačavača Ciklus II 5. Vežba 7. Negativna povratna sprega 6. Vežba 8. LC oscilator sa bipolarnim tranzistorom i Vežba 9. Pojačavač snage 7. Vežba 10. Usmerač i stabilizator sa rednim tranzistorom
1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 1 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: TEMPERATURSKA STABILIZACIJA RADNE TAČKE Vežba 1. I. ZADATAK: 1. Na osnovu podataka nadjenih u katalogu ucrtati hiperbolu disipacije u koordinatni sistem Ic- UCE pri temperaturi T= 25 C. 2. Izmeriti uticaj promene temperature na izobličenje izlaznih, I c - U CE, i prenosnih karakteristika, Ic- UBE, bipolarnog tranzistora. 3. Izmeriti promenu položaja radne tačke tranzistora nastalu usled promene temperature od T o na T\ u kolu pojačavača sa zajedničkim emitorom bez i u kolu sa elementom za temperatursku stabilizaciju radne tačke. II. KATALOŠKI PODACI: 1. Tip tranzistora... 2. Maksimalni napon U CE = V CEO =... 3. Maksimalna struja I C =... 4. Maksimalna snaga disipacije P tot =... 5. Maksimalni napon zasićenja U CE = V CEsat =... 6. Strujno pojačanje h 21 = h fc =... 7. Granična frekvencija f T =... 8. Primena:... 9. Tip kućišta (dati skicu i označiti elektrode) III. PRIBOR: 1. Jednosmerni izvor napajanja +12V, +6V 2 komada 2. µa-metar 1 komad 3. ma-metar 1 komad 4. V-metar 2 komada 5. Otpornici: R = 91 Ω 1 komad R = 620 Ω 1 komad R = 680 Ω 1 komad R = 1.3 kω 1 komad R = 18 kω 1 komad R = 20 kω 1 komad 6. Provodnici za povezivanje 14 komada 7. Kratkospajači 3 komada
1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 2 IV. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE: Slika 1.1 Šema veze osnovnog kola makete V. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Na osnovu podataka o maksimalnoj snazi disipacije pri temperaturi od T= 25 C ucrtati hiperbolu disipacije snage u koordinatni sistem I C - U CE. 2. Uticaj promene temperature na izobličenje karakteristika tranzistora 2.1. Povezati maketu prema šemi sa slike 1.1. Poznato je: V CC = 12V, V BB = 6V i R C = 91Ω. 2.2. Potenciometrom P l podesiti vrednost I B = 3µA, a potenciometrom P 2 menjati napon U CE od 0 V do 10 V, odnosno do vrednosti ograničene hiperbolom disipacije. Meriti napon U CE, struju I C i kontrolisati vrednost struje I B. Dobijene vrednosti upisati u Tabelu 1.1. Slika 1.2 Kolo za merenje uticaja temperature na izobličenje statičkih karakteristika tranzistora Rezultate prikazati grafički u koordinatnom sistemu I C - U CE. Tabela 1.1 I B = 30µA, T 0 = 25 C U CE (V) I C (ma) 2.3. Kratkospojiti tačke izmedju kojih je bio vezan mikroampermetar u baznom kolu. Potenciometrom P2 održavati konstantan napon U CE = 5 V. Potenciometrom P l menjati napon U BE. Meriti napon U BE i vrednost struje I C. Kontrolisati vrednost napona U CE. Dobijene rezultate upisati u Tabelu 1.2, a zatim ih prikazati grafički u koordinatnom sistemu I C - U BE.
1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 3 Napomena: Ukoliko voltmetri imaju malu unutrašnju otpornost, tako da je struja curenja istog reda veličine kao I B, odnosno I C, onda posle svakog merenja napona isključiti voltmetre iz kola. Tabela 1.2 U CE = 5 V, T 0 = 25 C I C (ma) U BE (V) 2.4. Uključiti grejač na U = 12 V. Sačekati 2 minuta da se tranzistor zagreje. Ponoviti merenja iz tačke 2.2. Dobijene rezultate upisati u Tabelu 1.3 i prikazati ih grafički u istom koordinatnom sistemu sa rezultatima iz tačke 2.2. Tabela 1.3 I B = 30 µa, T 1 > T 0 = 25 C U CE (V) I C (ma) 2.5. Ponoviti postupak iz tačke 2.3 pri T 1 > T 0 (uključen grejač). Rezultate merenja upisati u Tabelu 1.4 i prikazati ih grafički u istom koordinatnom sistemu sa rezultatima iz tačke 2.3. Tabela 1.4 U CE = 5 V, T 1 > T 0 = 25 C I C (ma) U BE (V) 3. Merenje uticaja emitorskog otpornika na temperatursku stabilizaciju radne tačke 3.1. Izvaditi priključke grejača iz tačaka 4 i 5. Realizovati kolo sa slike 1.3. Elementi kola sa slike imaju sledeće vrednosti: R 1 = 20 kω, R C = 1k3, R 2 = R E = 0 Ω i V CC = 12 V. U koordinatnom sistemu I C - U CE u kome se nalaze rezultati iz tačaka 2.2 i 2.4 ucrtati statičku radnu pravu. Slika 1.3 Kolo za merenje uticaja emitorskog otpornika na stabilizaciju radne tačke 3.2. Potenciometrom P l dovesti radnu tačku u položaj U CE = 5V. Izmeriti vrednost struje I C i napon U CE. Dobijene rezultate koji se odnose na temperaturski nestabilisani pojačavač pri temperaturi T 0 upisati u Tabelu 1.5. 3.3. Uključiti grejač. Posmatrati promenu kolektorske struje i napona U CE. U Tabelu 1.5 upisati vrednosti I C i U CE koje su izmerene na nestabilisanom pojačavaču posle 2 minuta od trenutka uključivanja grejača, pri temperaturi T 1 > T 0.
1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 4 Tabela 1.5 nestabilisani stabilisani I C (ma) U CE (V) T 0 T 1 T 0 T 1 3.4. Izvaditi grejač iz tačaka 4 i 5. Realizovati kolo sa slike 1.3. Elementi kola sa slike imaju sledeće vrednosti: R 1 = 18 kω, R 2 = 20 k, R C = 680 Ω, R E = 620 Ω i V CC = 12 V. 3.5. Potenciometrom P l dovesti radnu tačku u položaj U CE = 5 V. Izmeriti vrednost struje I C i napona U CE. Dobijene rezultate koji se odnose na temperaturski stabilisani pojačavač pri temperaturi T 0 upisati u Tabelu 1.5. 3.6. Uključiti grejač. Posmatrati promenu kolektorske struje i napona U CE. U Tabelu 1.5 upisati vrednosti I C i U CE koje su izmerene na stabilisanom pojačavaču posle 2 minuta od trenutka uključivanja grejača, pri temperaturi T 1 > T 0. VI. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Objasniti najpovoljniji izbor radne tačke sa stanovišta temperaturske stabilizacije radne tačke. 2. Objasniti kakav kompromis treba da postoji izmedju vrednosti otpornika R C, R E i R B u kolu sa slike 1.1.4.c iz teorijskog uvoda, da bi se ostvarilo optimalno pojačanje i optimalna temperaturska stabilizacija radne tačke. 3. Izvesti izraze za izračunavanje faktora nestabilnosti kolektorske struje usled promene I C0 i U BE za kolo sa slike 1.1.4.a iz teorijskog uvoda. 4. Izvesti izraze za izračunavanje faktora nestabilnosti kolektorske struje usled promene I C0 i U BE za kolo sa slike 1.1.4.c iz teorijskog uvoda
1. Temperaturska stabilizacija radne tačke 5 VII. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME:
2. Pojačavač sa bipolarnim tranzistorom 7 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: POJAČAVAČ SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM Vežba 2. I. ZADATAK: sa: Snimiti amplitudske karakteristike i izmeriti ulazne i izlazne otpornosti osnovnih pojačavačkih stepena a) zajedničkim emitorom i b) zajedničkim kolektorom. II. PRIBOR: 1. Otpornici 3k3, l00k, 20k, 560 Ω 2. Kondenzator 100µF 3. Izvor jednosmcrnog napona +12V 1 komad 4. Generator naizmeničnog signala l0 Hz l MHz 1 komad 5. Elektronski milivoltmetar 3 komada 6. AVΩ metar 1 komad 7. Otporna dekadna kutija 1 komad 8. Provodnici 14 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE: Slika 2.1 Šema veze osnovnog kola makete IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Pojačavač sa zajedničkim emitorom 1.1. Realizovati kolo pojačavača sa zajedničkim emitorom prema šemi prikazanoj na slici 2.2. Elementi kola pojačavača su: tranzistor BC108, U CC = 12 V, R C = 3k3, R 1 = l00k, R2 = 20k, Re = 560 Ω, Ce = 100 µf.
2. Pojačavač sa bipolarnim tranzistorom 8 1.2. Potenciometrom P podesiti radnu tačku tranzistora tako daje U U CC C = 2 Slika 2.2 Pojačavač sa zajedničkim emitorom 1.3. Snimiti amplitudsku karakteristiku normalizovanog naponskog pojačanja A () f A0, A () f = u iz u ul, održavajući konstantan ulazni napon u ul = 10 mv prilikom merenja. Uzeti da je A 0 = A(f 0 ), f 0 = l khz. Rezultate merenja upisati u Tabelu 2.1. Karakteristiku nacrtati u polulogaritamskoj razmeri i odrediti granične frekvencije kola. Tabela 2.1 u ul = 10 mv f (khz) u iz (mv) A A/A 0 f d = f g = 1.4. Odrediti ulaznu otpornost kola pri frekvenciji od f = 2 khz održavajući u ul = 10 mv i mereći vrednost napona u 1 (R = 47 kω): u u R ul ul ul = = R = iul u1 u ul 1.5. Odrediti izlaznu otpornost kola metodom poluskretanja.podesiti u ul = 10 mv za R p = i izmeriti u iz0. Zatim kao R p priključiti otpornu dekadnu kutiju i smanjivati R p od R = do vrednosti pri kojoj u je u iz0 iz =. Dobijena vrednost otpora na dekadnoj kutiji predstavlja izlaznu otpornost. 2 R iz. = 2. Pojačavač sa zajedničkim kolektorom 2.1. Realizovati kolo pojačavača sa zajedničkim kolektorom prema šemi prikazanoj na slici 2.3. Elementi kola pojačavača su: tranzistor BC 108, U CC = 12 V, R 1 = 20 k, R 2 = 100 k, R e = 3k3. 2.2. Potenciometrom P podesiti da jednosmerni napon na emitoru tranzistora bude približno jednak U CC 2. 2.3. Ponoviti merenje iz tačke 3 održavajući konstantan ulazni napon od u ul = 0,5 V. Rezultate merenja upisati u Tabelu 2.2.
2. Pojačavač sa bipolarnim tranzistorom 9 Slika 2.3 Pojačavač sa zajedničkim kolektorom Amplitudsku karakteristiku nacrtati u polulogaritamskoj razmeri i odrediti granične frekvencije kola Tabela 2.2 u ul = 0,5 V f (khz) u iz (mv) A A/A 0 f d = f g = 2.4. Ponoviti postupak iz tačke 4 i odrediti ulaznu otpornost kola ako je u ul = 0,5 V, f = 2 khz (R = 47 kω) u 1 = u ul R ul = R = u1 u ul 2.5. Ponoviti postupak iz tačke 5 i odrediti izlaznu otpornost kola ako je u ul = 0,5 V, f = 2 khz. R iz = V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Koji od prethodna dva pojačavača obrće fazu ulaznog signala? Objasniti zašto. 2. Čemu služi pojačavač (sa zajedničkim kolektorom) koji ima pojačanje manje od 1?
2. Pojačavač sa bipolarnim tranzistorom 10 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME:
3. Pojačavač sa MOSFET-om 11 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: POJAČAVAČ SA MOSFET TRANZISTOROM Vežba 3. I. ZADATAK: sa: Snimiti amplitudske karakteristike i izmeriti ulazne i izlazne otpornosti osnovnih pojačavačkih stepena a) zajedničkim sorsom i b) zajedničkim drejnom. II. PRIBOR: 1. Jednosmerni izvor napajanja +12 V, 1 komad 2. Generator naizmeničnog signala, 10 Hz do 1 MHz, 1 komad 3. Elektronski voltmetar, 2 komada 4. Voltmetar, 1 komad 5. Otpornici 2,2 k, 10 k, 100 k, 200 k, 1 komad 6. Otporna dekadna kutija, 1 komad 7. Provodnici, 10 komada 8. Kratkospajači, 3 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE: Slika 3.1 Šema veze osnovnog kola makete
3. Pojačavač sa MOSFET-om 12 IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Pojačavač sa zajedničkim sorsom 1.1. Povezati pojačavač sa zajedničkim sorsom prema šemi sa slike 3.2, sa sledećim vrednostima elemenata: R 1 = 200 kω, R d = 2,2 kω, U DD = 12 V. Potenciometrom P 1 podesiti radnu tačku tranzistora, tako da je U DS = 6 V. Slika 3.2 Pojačavač sas zajedničkim sorsom 1.2. Snimiti amplitudsku karakteristiku pojačavača A n = ui u g = f Održavajući konstantnom vrednost ulaznog napona u g = 10 mv, menjati frekvenciju ulaznog signala od 20 Hz do 1 MHz. Za svaku vrednost frekvencije izmeriti izlazni napon, a rezultate merenja uneti u Tabelu 3.1. Na milimetarskom papiru nacrtati u polulogaritamskoj razmeri funkciju normalizovanog pojačanja u zavisnosti od frekvencije. Za normalizaciju koristiti pojačanje pri frekvenciji f 0 = 2 khz. Na osnovu dobijenog grafika odrediti donju i gornju graničnu frekvenciju pojačavača () f Tabela 3.1 u g = 10 mv f (khz) u i (mv) A A/A 0 f d = f g = 1.3. Pri u g = 10 mv i f = 2 khz, metodom poluskretanja izmeriti izlaznu otpornost pojačavača. 2. Pojačavač sa zajedničkim drejnom R i = 2.1. Povezati pojačavač sa zajedničkim drejnom prema šemi sa slike 3.3, sa sledećim vrednostima elemenata: R 1 = 100 kω, R S = 10 kω, U DD = 12 V. Potenciometrom P 1 podesiti radnu tačku tranzistora tako da je U S = 7 V.
3. Pojačavač sa MOSFET-om 13 Slika 3.3 Pojačavač sa zajedničkim drejnom 2.2. Za u g = 0,5 V, ponoviti postupak snimanja amplitudske karakteristike iz tačke 1.2, a rezultate prikazati u tabeli 3.2. Tabela 3.2 u g = 0,5 V f (khz) u i (mv) A A/A 0 f d = f g = 2.3. Pri u g = 0,5 V i f = 2 khz izmeriti izlaznu otpornost ovog pojačavača. R i = V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Koji od razmatranih pojačavača ima: a) veće pojačanje b) veću izlaznu otpornost c) veći propusni opseg 2. Objasniti zašto?
3. Pojačavač sa MOSFET-om 14 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME:
4. Dvostepeni pojačavač sa JFET-om 15 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: DVOSTEPENI POJAČAVAČ SA JFET TRANZISTOROM Vežba 4. I. ZADATAK: Snimiti i uporediti amplitudske karakteristike jednog stepena i celog pojačavača. II. PRIBOR 1. Izvor jednosmernog napona +12 V 1 komad 2. Audio generator 1 komad 3. Elektronski milivoltmetar 2 komada 4. Otpornici R = 200 Ω, R = lk5 i R = 2k2 2 komada 5. Kondenzator C = 100 µf 2 komada 6. Provodnici za povezivanje 10 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE: Slika 4.1 Šema veze osnovnog kola makete IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Snimanje amplitudskih karakteristika dvostepenog pojačavača (R d = 2k2) 1.1. Povezati pojačavač prema slici 4.2 sa sledećim vrednostima elemenata: R sl = R s2 = 200 Ω, R dl = R d2 = 2k2, C sl = C s2 = l00µf, U DD = +12 V. 1.2. Snimiti amplitudsku karakteristiku pojačanja prvog stepena, A 1 = u1 us, kao i amplitudsku karakteristiku celog pojačavača, A = u i ug. Na ulaz kola dovesti signal iz generatora, u g. Menjajući frekvenciju, za konstantno u s = 20 mv, meriti napone u 1 i u i. Rezultate merenja uneti u
4. Dvostepeni pojačavač sa JFET-om 16 Tabelu 4.1. Normalizovane amplitudske karakteristike, A 1 A 10 i A A0, nacrtati na istom grafiku u polulogaritamskoj razmeri. Normalizaciju vršiti pojačanjima A 10 = A1( f0 ) i A 0 = A( f 0 ) pri f 0 = 2 khz. Tabela 4.1 u s = 20 mv f (Hz) u 1 (V) u i (V) A 1 A 1 /A 10 A A/A 0 Slika 4.2 Dvostepeni pojačavač sa JFET-ovima 1.3. Na osnovu grafika odrediti donje i gornje granične frekvencije prvog stepena(f dl,f g1 ) i celog pojačavača (f d, f g ). f d1 = f g1 = f d = f g = 2. Snimanje amplitudskih karakteristika dvostepenog pojačavača (Rd=1k5) Umesto R dl = R d2 = 2k2, staviti R dl = R d2 = 1k5. Ponoviti postupak iz tačke 1.2 i 1.3. Rezultate uneti u Tabelu 4.2. Tabela 4.2 f (Hz) u 1 (V) u i (V) A 1 u s = 20 mv A 1 /A 10 A A/A 0
4. Dvostepeni pojačavač sa JFET-om 17 f d1 = f g1 = f d = f g = 3. Snimanje amplitudskih karakteristika dvostepenog pojačavača (sa reakcijom) Ponovo staviti R dl = R d2 = 2k2, a iz kola sorsa prvog tranzistora izvaditi kondenzator C sl. Ponoviti postupak iz tačaka 1.2 i 1.3. Rezultate merenja uneti u Tabelu 4.3. Tabela 4.3 u s = 20 mv f (Hz) u 1 (V) u i (V) A 1 A 1 /A 10 A A/A 0 f d1 = f g1 = f d = f g = V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Uporediti širine propusnog opsega jednog stepena i celog pojačavača. 2. Na osnovu dobijenih rezultata objasniti razlike koje postoje u veličini pojačanja i širini propusnog opsega pojačavača iz tačaka 1, 2, i 3.
4. Dvostepeni pojačavač sa JFET-om 18 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME:
5. Diferencijalni pojačavač 19 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: DIFERENCIJALNI POJAČAVAČ Vežba 5. I. ZADATAK: Snimiti prenosnu karakteristiku diferencijalnog pojačavača sa a) otpornikom b) izvorom konstantne struje u emitorskom kolu. II. PRIBOR 1. Izvor jednosmernog napona +12/-12 1 komad 2. Generator naizmeničnog signala 1 komad 3. Elektronski milivoltmetar 3 komada 4. AVΩ metar 1 komad 5. Osciloskop 1 komad 6. Provodnici 14 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE: Slika 5.1 Šema veze kola makete IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Snimanje statičke prenosne karakteristike diferencijalnog pojačavača
5. Diferencijalni pojačavač 20 1.1. Vezati napajanje makete preko priključaka koji su naznačeni na slici 5.1. U emitorsko kolo tranzistora vezati otpornik spajajući tačke 3 i 4. Obaviti simetriranje pojačavača na sledeći način: 1. potenciometrom Pl podesiti da je napon izmedju tačke A i mase jednak nuli. 2. potenciometrom P2 to isto uraditi za tačku B 3. potenciometrom P podesiti da je napon izmedju tačaka 1 i 2 jednak nuli. 1.2. Snimiti statičku prenosnu karakteristiku diferencijalnog pojačavača U C = f( U b ), gde je U C = U Cl - U C2 potencijalna razlika izmedju kolektora jednog i drugog tranzistora, a U b = U bl - U b2 napon izmedju njihovih baza. Snimanje karakteristike obaviti menjanjem napona baze samo jednog tranzistora (recimo tranzistora T 1 ) u granicama od -IV do +1V, sa korakom od l00 mv, dok napon baze drugog tranzistora (T 2 ) ostaje U b2 = 0. Očigledno je da je u tom slučaju U b = U bl - U b2 = U bl, pa se prenosna karakteristika pojačavača dobija kao U C = f(u bl ). Rezultate merenja uneti u tabelu 5.1, i nacrtati prenosnu karakteristiku. Tabela 5.1 U b1 (V) -1-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 0,0 u c (V) U b1 (V) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 u c (V) 1.3. Na osnovu dobijenog grafika odrediti kolika je maksimalna amplituda ulaznog signala koja ne izaziva zasićenje tranzistora. U b max = 1.4. Takodje na osnovu grafika, odrediti maksimalno pojačanje diferencijalnog pojačavača: Uc A max = = U b 1.5. U kolu emitora vezati izvor konstantne struje spajajući kratko tačke 3 i 5 i ponoviti postupak opisan u 1.1, 1.2, 1.3 i 1.4 menjajući U bl od -3V do +3V sa korakom od 300 mv. Rezultate uneti u Tabelu 5.2. Tabela 5.2 U b1 (V) -3,0-2,7-2,4-2,1-1,8-1,5-1,2-0,9-0,6-0,3 0,0 u c (V) U b1 (V) 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3,0 u c (V) U A c max = = U b max = Ub 2. Snimanje dinamičke prenosne karakteristike diferencijalnog pojačavača Snimiti dinamičku prenosnu karakteristiku pojačavača.
5. Diferencijalni pojačavač 21 Skicirati slike sa ekrana kada je: a) amplituda ulaznog signala manja od dinamičkog opsega pojačavača; b) amplituda ulaznog signala veća od dinamičkog opsega pojačavača; c) pojačavač nije simetriran: radna tačka tranzistora T1 bliža je oblasti zakočenja; d) pojačavač nije simetriran: radna tačka tranzistora T2 bliža je oblasti zakočenja; 3. Diferencijalni pojačavač kao uobličavač signala Posmatrati diferencijalni pojačavač kao uobličavač signala: Skicirati talasne oblike sa ekrana kada je: - amplituda ulaznog signala manja od dinamičkog opsega pojačavača; - amplituda ulaznog signala veća od dinamičkog opsega pojačavača; - pojačavač nije simetriran: radna tačka tranzistora T1 bliža je oblasti zakočenja; - pojačavač nije simetriran: radna tačka tranzistora T2 bliža je oblasti zakočenja; V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Šta je CMRR? 2. Kakav je efekat korišćenja izvora konstantne struje umesto emitorskog otpornika R e u diferencijalnom pojačavaču? 3. Zašto je važno balansirati (simetrirati) diferencijalni pojačavač?
5. Diferencijalni pojačavač 22 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME:
6. Primena operacionog pojačavača 23 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: PRIMENA OPERACIONOG POJAČAVAČA Vežba 6. I. ZADATAK: Snimiti karakteristike različitih kola realizovanih sa operacionim pojačavačem. II. PRIBOR 1. Otpornici 20k x2, l0k x2 2. Kondenzator 15 nf 3. Izvor jednosraernog napona +12/-12 1 komad 4. Generator naizmeničnog signala 1 komad 5. Elektronski milivoltmetar 3 komada 6. AVΩ metar 1 komad 7. Osciloskop 1 komad 8. Provodnici 14 komada III. ŠEMA VEZA KOLA MAKETE: Slika 6.1 Šema makete koja služi za demonstriranje primene operacionog pojačavača
6. Primena operacionog pojačavača 24 IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Invertujući pojačavač 1.1. Povezati kolo invertujućeg pojačavača prema šemi sa slike 6.2 ako je R 1 = R 2 = 20 kω. Na ulaz kola pojačavača dovesti sinusni napon frekvencije f = 500 Hz i amplitude u u = 0,5 V. Na osciloskopu simultano posmatrati talasne oblike napona u u i u i i skicirati ih. Slika 6.2 Šema invertujućeg pojačavača 1.2. Za R 1 = 10 kω i R 2 = 20 kω ponoviti postupak iz tačke 1.1. 2. Neinvertujući pojačavač 2.1. Povezati kolo neinvertujućeg pojačavača prema šemi sa slike 6.3 ako je R 1 = R 2 = 20 kω. Na ulaz kola pojačavača dovesti sinusni napon frekvencije f = 500 Hz i amplitude u u = 0,5 V. Na osciloskopu simultano posmatrati talasne oblike napona u u i u i i skicirati ih. Slika 6.3 Šema neinvertujućeg pojačavača 2.2. Za R 1 = 20 kω i R 2 = 0 ponoviti postupak iz tačke 2.1. 3. Kolo za diferenciranje 3.1. Povezati kolo za diferenciranje prema šemi sa slike 6.4 sa sledećim vrednostima elemenata kola: R 1 = 20 kω, R 2 = R 3 = 10 kω, C 1 = l5 nf.
6. Primena operacionog pojačavača 25 Slika 6.4 Šema kola za deferenciranje Na ulaz kola dovesti iz signal generatora testerasti napon amplitude u u = 0,5 V i frekvencije f = 100 Hz. Na osciloskopu simultano posmatrati talasne oblike napona u u i u i i skicirati ih. 4. Kolo za integraljenje 4.1. Povezati kolo za integraljenje prema šemi sa slike 6.5 sa sledećim vrednostima elemenata: R 1 = 20 kω, R 2 = 10 kω, C 1 = 15 nf. Slika 6.5 Šema kola za integraljenje Na ulaz kola dovesti iz signal-generatora povorku pravougaonih impulsa amplitude u u = 0,5 V i frekvencije f = 5 khz. Na osciloskopu simultano posmatrati talasne oblike napona u u i u i i skicirati ih. 5. Diferencijalni pojačavač 5.1. Povezati kolo diferencijalnog pojačavača prema šemi sa slike 6.6 sa sledećim vrednostima elemenata: R 1 = R 2 = 20 kω. Na ulaze kola dovesti isti sinusni napon amplitude u 1 = u 2 = 0,5 V i frekvencije f = 500 Hz. Skicirati talasne oblike ulaznih i izlaznih napona. 5.2. Na ulaz u 1 dovesti sinusni napon amplitude u 1 = 0,5 V i frekvencije f = 500Hz. Taj isti napon, preko pomerača faze, dovesti na ulaz u 2, kako je to prikazano na slici 6.6. Potenciometrom u pomeraču faze podesiti da naponi u 1 i u 2 budu različitih faznih stavova. Skicirati talasne oblike ulaznih i izlaznog napona:
6. Primena operacionog pojačavača 26 Slika 6.6 Šema diferencijalnog pojačavača Prostor za skiciranje talasnih oblika 5.3. Objasniti pojavu koja nastaje. 6. Kolo za sabiranje 6.1. Povezati kolo sabirača prema šemi sa slike 6.7 sa sledecim vrednostima u kolu: R 1 = 20 kω, R 2 = 6,8 kω. Na ulaze kola dovesti isti sinusni napon amplitude u 1 = u 2 = 0,5 V frekvencije f = 500 Hz. Skicirati talasne oblike ulaznih i izlaznog napona. 6.2. Na ulaz u : dovesti sinusni napon amplitude u 1 = 0,5 V i frekvencije f = 500 Hz. Taj isti napon, preko pomerača faze, dovesti na ulaz u 2, slično kao u tački 5.2. Potenciometrom u pomeraču faze podesiti da naponi u 1 i u 2 budu različitih faznih stavova.
6. Primena operacionog pojačavača 27 Slika 6.7 Šema kola za sabiranje Skicirati talasne oblike ulaznih i izlaznog napona: Prostor za skiciranje talasnih oblika 6.3. Objasniti pojavu koja nastaje. V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Napisati izraze za izlazni napon pojačavača: 1) sa slike 6.2 u i = 2) sa slike 6.3 u i = 3) sa slike 6.4 u i = 4) sa slike 6.5 u i = 5) sa slike 6.6 u i = 6) sa slike 6.7 u i =
7. Negativna povratna sprega 29 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: NEGATIVNA POVRATNA SPREGA Vežba 7. I. ZADATAK: Snimiti uticaj negativne povratne sprege u pojačavaču na pojačanje, napon brujanja i izobličenja. II. PRIBOR 1. Jednosmerni izvor napajanja ±15V, 1 komad 2. Generator naizmeničnog signala, l0 Hz l MHz, 1 komad 3. Elektronski voltmetar, 2 komada 4. Elektronski osciloskop, dvokanalni, 1 komad 5. Provodnici, 12 komada 6. Otpornik 2k, 1 komad 7. Otpornici 100 k, 3 komada 8. Otpornik 220 Ω, 1 komad 9. Otpornici 180 Ω, 2 komada 10. Diode, 2 komada 11. Kratkospajači, 2 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE Slika 7.1 Šema veze kola makete
7. Negativna povratna sprega 30 IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Uticaj negativne povratne sprege na frekventnu karakteristiku pojačavača 1.1. Povezati pojačavač prema šemi sa slike 7.2 sa sledećim vrednostima elemenata: R 1 = 2k, R 2 = 100k, R B = 100k, R p = 220 Ω. Izlazni stepen pojačavača napajati stabilisanim izvorom od +6V koji je ugradjen u maketi (kratkospojiti tačke 1 i 2). Takodje kratkospojiti tačke 4 i 5. Za konstantno u g = 20 mv, snimiti frekvencijsku karakteristiku pojačavača. Rezultate merenja uneti u Tabelu 7.1. Frekvencijsku karakteristiku A = f(f) nacrtati u polulogaritamskoj razmeri na priloženom dijagramu, a zatim odrediti gornju graničnu frekvenciju pojačavača. Tabela 7.1 u g = 20 mv f (Hz) u i (V) A=u i /u g f g = 1.2. Ponoviti postupak iz prethodne tačke za R 2 = 20k, rezultate uneti u tabelu 7.2, a grafički ih prikazati na istom dijagramu na kome su prikazani rezultati iz tačke 1.1. Tabela 7.2 u g = 20 mv f (Hz) u i (V) A=u i /u g f g = 1.3. Objasniti razlike u frekventnim karakteristikama pojačavača iz tačaka 1.1 i 1.2. Slika 7.2 Šema veze dvostepenog pojačavača kojom se demonstrira uticaj negativne povratne sprege na napon bruma
7. Negativna povratna sprega 31 2. Uticaj negativne povratne sprege na napon bruma 2.1. Povezati pojačavač prema šemi sa slike 7.1 sa istim vrednostima elemenata iz tačke 1.2. Izlazni stepen napajati nestabilisanim izvorom (tačke 1 i 3 kratkospojene). Na ulaz pojačavača dovesti signal frekvencije f = l khz i amplitude u g = 100 mv. Kratkospojiti tačke 4 i 5 pa na osciloskopu posmatrati talasne oblike napona u g, u 1 i u 2 i skicirati ih. Povećati periodu vremenske baze osciloskopa tako da se na ekranu vide dvadesetak perioda ulaznog signala. 2.2. Kratkospojiti tačke 4 i 6 pa ponoviti postupak iz tačke 2.1. 2.3. Objasniti nastale promene u talasnim oblicima. 3. Uticaj negativne povratne sprege na izobličenja 3.1. Povezati pojačavač prema šemi sa slike 7.3 gde je R b = 100 Ω. Kratkospojiti tačke 1 i 2, kao i tačke 4 i 5. Slika 7.3 Šema veze dvostepenog pojačavača u kome izlazni stepen radi u klasi B, kojom se demonstrira uticaj negativne povratne sprege na nelinearna izobličenja. Na ulaz pojačavača dovesti napon frekvencije f = l khz i amplitude u g = 1 V. Na osciloskopu posmatrati i skicirati talasne oblike napona u g i u i. 3.2. Umesto 4 i 5, kratkospojiti tačke 4 i 6 pa ponoviti postupak iz tačke 3.1. 3.3. Objasniti nastale promene u talasnim oblicima. V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Kako negativna povratna sprega utiče na pojačanje pojačavača? 2. Ako je AB kružno pojačanje pojačavača sa negativnom povratnom spregom a f d0 i f g0, donja i gornja granična frekvencija pojačavača bez povratne sprege, napisati izraze za donju i gornju graničnu frekvenciju pojačavača sa povratnom spregom.
7. Negativna povratna sprega 32 3. Kako negativna povratna sprega utiče na nelinearna izobličenja i šumove i zašto. VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME: Uticaj negativne povratne sprege na napon bruma: Bez povratne sprege Sa povratnom spregom Uticaj negativne povratne sprege na nelinearna izobličenja: Bez povratne sprege Sa povratnom spregom
8. LC oscilator sa bipolarnim tranzistorom 33 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: LC OSCILATOR SA BIPOLARNIM TRANZISTOROM Vežba 8. I. ZADATAK: Upoznati se sa radom LC oscilatora sa bipolarnim tranzistorom i snimiti zavisnost frekvencije oscilovanja od odnosa kapacitivnosti u oscilatoru. II. PRIBOR 1. Jednosmerni izvor napajanja +12V, 1 komad 2. Osciloskop, 1 komad 3. Frekvencmetar, 1 komad 4. Kondenzator lnf, 1 komad 5. Kapacitivna dekadna kutija, 1 komad 6. Kratkospajač, 1 komad 7. Provodnici, 6 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE Slika 8.1 Šema veze kola makete IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Povezati kolo oscilatora prema šemi sa slike 8.2 ako je C 2 = l nf. Kao C 1 vezati kutiju sa promenljivim kapacitetima. Na izlaznim priključcima povezati frekvencmetar. 2. Za C 1 = l nf, potenciometrom R p podesiti veličinu povratne sprege da bi se uspostavile oscilacije u kolu.
8. LC oscilator sa bipolarnim tranzistorom 34 Uspostavljanje oscilacija u kolu detektovati pojavom naizmeničnog signala na izlaznim priključcima. Posmatrati na osciloskopu talasni oblik napona na izlazu i skicirati ga. Slika 8.2 LC oscilator sa bipoplarnim tranzistorom 3. Snimiti zavisnost frekvencije oscilovanja oscilatora od odnosa kapacitivnosti C 1 /C 2. Menjati samo kapacitivnost C 1. Pri promeni kapacitivnosti može doći do prestanka oscilovanja pa ponovo treba podesiti veličinu povratne sprege, kako je to opisano u tački 2. Rezultate merenja uneti u tabelu 8.1 i prikazati ih grafički. Tabela 8.1 C 1 (pf) C 1 /C 2 f (khz) V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Izvesti izraz za frekvenciju oscilovanja oscilatora: f = 2. Na osnovu izraza za frekvenciju oscilovanja i podataka iz jedne kolone tabele 8.1 odrediti približno induktivnost kalema u oscilatoru: L =
8. LC oscilator sa bipolarnim tranzistorom 35 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME:
9. Pojačavač snage 37 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: POJAČAVAČ SNAGE Vežba 9. I. ZADATAK: Snimiti karakteristike pojačavača snage u klasi B i AB i uporediti ih u pogledu korisne snage i izobličenja. II. PRIBOR 1. Jednosmemi izvor napajanja +24V 1 komad 2. Audio generator 1 komad 3. Elektronski milivoltmetar 2 komada 4. Voltmetar za jednosmerni napon 1 komad 5. Osciloskop 1 komad 6. Dekadna kutija 1 komad 7. Provodnici za povezivanje 12 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE Slika 9.1 Osnovna šema kola pojačavača snage
9. Pojačavač snage 38 IV. UPUTSTVO ZA RAD: 1. Pojačavač u klasi B 1.1. Povezati kolo pojačavača prema šemi sa slike 9.2. Potenciometrom P 2 podesiti radnu tačku izlaznih tranzistora tako da pojačavač radi u klasi B (krajnji levi položaj potenciometra). Potenciometrom P1 podesiti da je jednosmerni napon u tački A, U A = U CC /2. Kao R p vezati dekadnu kutiju. Na ulaz kola dovesti naizmenični signal amplitude u g = 80 mv i frekvencije f = 2 khz. 1.2. Snimiti zavisnost izlazne snage pojačavača od otpornosti potrošača, P k = f(r p ). Snagu na potrošaču sračunati na osnovu izmerenog napona kao P k = u 2 i/r p. Rezultate merenja uneti u Tabelu 9.1 i nacrtati dijagram P k = f(r p ). Slika 9.2 Pojačavač snage sa kvazikomplementarnom spregom u klasi B ili AB Tabela 9.1 R p (Ω) 8 10 12 14 16 18 20 u i (V) P k (W) Odrediti otpornost potrošača pri kojoj se dobija najveća snaga: R p = 1.3. Za kolo iz tačke 1.1. skicirati talasne oblike napona na ulazu, bazama izlaznih tranzistora i potrošaču. 1.4. Za optimalnu otpornost potrošača odredjenu u tački 1.2. odrediti maksimalnu amplitudu ulaznog signala pri kojoj ne dolazi do izobličenja izlaznog signala. U tu svrhu posmatrati osciloskopom talasni oblik izlaznog napona dok se povećava amplituda ulaznog signala. Odrediti i maksimalnu amplitudu neizobličenog napona na izlazu, a na osnovu toga i maksimalnu snagu pojačavača:
9. Pojačavač snage 39 u g max = u i max = P k max = u 2 i max/r p = 2. Pojačavač u klasi AB 2.1. Na ulaz kola dovesti signal amplitude u g = 80 mv i frekvencije f = 2 khz. Potenciometrom P 2 podesiti radnu tačku izlaznih tranzistora tako da pojačavač radi u klasi AB. Počev od krajnjeg levog položaja, okretati potenciometar P 2 udesno dok se na izlazu ne dobije neizobličeni signal. Pojačavač opteretiti dekadnom kutijom. Potenciometrom P 1 podesiti da je jednosmerni napon u tački A, U A = U CC /2. 2.2. Ponoviti postupak iz tačke 1.2. Rezultate uneti u Tabelu 9.2. Tabela 9.2 R p (Ω) 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 u i (V) P k (W) 2.3. Ponoviti postupak iz tačke 1.3. 2.4. Ponoviti merenja iz tačke 1.4. R p = u g max = u i max = P k max = u 2 i max/r p = V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Na osnovu eksperimentalnih rezultata iz predhodnih odeljaka, uporediti pojačavače snaga iz klase B i klase AB u pogledu maksimalne izlazne snage i izobličenja.
9. Pojačavač snage 40 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME: Pojačavač u klasi B Skica talasnih oblika Pojačavač u klasi AB Skica talasnih oblika
10. Usmerač i stabilizator napona sa rednim tranzistorom 41 ELEKTRONSKI FAKULTET NIŠ KATEDRA ZA ELEKTRONIKU predmet: ELEKTRONIKA Student: Overio: Datum: Ocena: USMERAČ I STABILIZATOR NAPONA SA REDNIM TRANZISTOROM Vežba 10. I. ZADATAK Izmeriti i skicirati karakteristike: a) usmerača sa kapacitivnim filtrom; b) usmerača sa π filtrom; c) stabilizatora sa rednim tranzistorom. II. PRIBOR 1. Miliampermetar (ma) 1 komad 2. Voltmetar za jednosmerni napon (V) 1 komad 3. Elektronski voltmetar (EV) 2 komada 4. Dekadna kutija otpornosti 1 komad 5. Provodnici za povezivanje 20 komada III. ŠEMA VEZE KOLA MAKETE Slika 10.1 Maketa usmerača sa π filtrom Slika 10.2 Maketa stabilizatora sa rednim tranzistorom
10. Usmerač i stabilizator napona sa rednim tranzistorom 42 IV. UPUTSTVO ZA RAD: Napomena: U toku merenja paziti da ne dodje do kratkog spoja izlaza, jer će velika izlazna struja dovesti do pregorevanja elemenata kola!! 1. Merenje karakteristika usmerača sa kapacitivnim filtrom Povezati kolo usmerača sa kapacitivnim filtrom prema šemi sa slike 10.3. U kolo uključiti samo jedan od kondenzatora sa makete, a kao opterećenje R p vezati dekadnu kutiju otpornosti. Pre priključivanja dekadne kutije postaviti otpornost na veliku vrednost (l kω ili veću), a u toku merenja ne dozvoliti da otpornost dekadne kutije ima vrednost manju od R pmin = 200 Ω. Snimiti zavisnost jednosmernog napona na potrošaču od struje potrošača U p = f(i p ), kao i zavisnost naizmenične komponente napona na potrošaču od struje potrošača U peff = f(i p ), smanjujući otpornost potrošača od R p = l kω do R p = 200 Ω. Karakteristike snimati istovremeno. Rezultate merenja uneti u Tabelu 10.1 i grafički predstaviti karakteristike usmerača. Slika 10.3 Usmerač sa kapacitivnim filtrom Tabela 10.1 R p (kω) I p (ma) U p (V) U peff (V) 2. Merenje karakteristika usmerača sa π filtrom Povezati kolo usmerača sa π filtrom prema šemi sa slike 10.4. Kao potrošač R p i ovde koristiti dekadnu kutiju, a kao induktivnost upotrebiti raspoloživu prigušnicu. Slika 10.4 Usmerač sa π filtrom Snimiti zavisnost jednosmernog napona na potrošaču od struje potrošača U p = f(i p ), kao i zavisnost naizmenične komponente napona na potrošaču od struje potrošača U peff = f(i p ), smanjujući otpornost
10. Usmerač i stabilizator napona sa rednim tranzistorom 43 potrošača od R p = l kω do R p = 200 Ω. Karakteristike snimati istovremeno. Rezultate merenja uneti u Tabelu 10.2 i grafički predstaviti karakteristike usmerača. Tabela 10.2 R p (kω) I p (ma) U p (V) U peff (V) 3. Merenje karakteristika stabilizatora sa rednim tranzistorom Povezati kolo usmerača sa stabilizatorom prema šemi sa slike 10.5. Kao potrošač R p i ovde koristiti dekadnu kutiju. Odrediti približno vrednost faktora stabilizacije stabilizatora mereći elektronskim voltmetrom veličinu naizmenične komponente ulaznog i izlaznog napona stabilizatora: U S = iz Uul Upeff = Uuleff = Slika 10.5 Usmerač sa stabilizatorom Snimiti zavisnost jednosmernog napona na potrošaču od struje potrošača U p = f(i p ), kao i zavisnost naizmenične komponente napona na potrošaču od struje potrošača U peff = f(i p ), smanjujući otpornost potrošača od R p = l kω do R p = 200 Ω. Karakteristike snimati istovremeno. Rezultate merenja uneti u Tabelu 10.3 i grafički predstaviti karakteristike stabilizatora. Tabela 10.3 R p (kω) I p (ma) U p (V) U peff (V)
10. Usmerač i stabilizator napona sa rednim tranzistorom 44 V. PITANJA ZA PROVERU ZNANJA: 1. Šta se dešava sa transformatorom ako se sekundar kratko spoji? Zašto? 2. Koji merni instrument meri samo naizmeničnu komponentu napona? 3. Ako je efektivna vrednost napona na sekundaru transformatora 10 V, pa se primeni dvostrano usmeravanje i filtriranje kapacitivnim filtrom, kolika je jednosmerna vrednost filtriranog napona? 4. Čemu služi otpornik R o na izlazu stabilizatora prikazanog na slici 10.5? 5. Ako je napon zener diode u stabilizatoru sa rednim tranzistorom U Z = 7 V, koliki je izlazni stabilisani napon? Primenjen je silicijumski tranzistor.
10. Usmerač i stabilizator napona sa rednim tranzistorom 45 VI. PROSTOR ZA PRILOŽENE DIJAGRAME;