Lucrarea nr. 7 REACŢA NEGATVĂ ÎN AMPLFCATOARE. Scopurile lucrării: - determinarea experimentală a parametrilor amplificatorului cu şi fără reacţie negativă şi compararea rezultatelor obţinute cu valorile calculate; - înţelegerea efectelor reacţiei negative în amplificatoare; - prezentarea unor metode practice de determinare a parametrilor pentru amplificatoarele cu reacţie; - validarea modelelor teoretice prin experiment. 2. Prezentarea montajului utilizat Se va prezenta pe scurt rolul componentelor electronice care compun montajul şi se vor introduce unele notaţii utilizate în continuare. Fig.. Schema montajului de laborator 43
Schema electrică de principiu a amplificatorului este prezentată în figura. Amplificatorul este compus din două etaje de amplificare şi alte componente suplimentare. Primul etaj, de preamplificare, este realizat cu tranzistorul T de tip pnp (BC25-B). Semnalul de intrare se aplică în bază, de la intrarea sau de la intrarea 2 (cuplaj capacitiv prin Cb sau prin C). Sarcina acestui etaj este conectată în colector şi constă din intrarea tranzistorului T2 şi rezistenţa R3 (în cazul în care este conectată în circuit). Tensiunea de reacţie se poate aplica în emitorul tranzistorului (de la ieşirea reţelei de reacţie). Etajul al doilea, este realizat cu tranzistorul T2 tip npn (BD37-) care lucrează în conexiunea emitor comun (EC). Acest etaj realizează o amplificarea în tensiune semnificativă. Polarizarea în colector se realizează de la sursa CC prin rezistorul R C. La ieşirea montajului se poate conecta capacitiv (prin condensatorul de separare C C ) rezistenţa de sarcină R L. Condensatorul C3 reduce frecvenţa limită superioară a circuitului. Reţeaua de reacţie constă dintr-un divizor de tensiune realizat cu rezistoarele R4 şi R5. Se poate conecta între ieşirea şi intrarea amplificatorului (colectorul lui T2 şi respectiv pe bucla de intrare, în emitorul lui T). Condensatorul C2 este un condensator de cuplaj (în c.a. şi de separare în c.c.). Elementele suplimentare ale circuitului nu apar de obicei într-un amplificator şi au fost introduse în circuitul experimental pentru a permite polarizarea corectă a diferitelor configuraţii care se pot realiza şi determinarea unor parametri ai amplificatorului. Generatorul de curent controlat în tensiune, încadrat cu linie punctată, asigură curentul de polarizare a bazei lui T astfel încât tensiunea la ieşire să fie: C2 = CC /2. Acest circuit are o influenţă redusă asupra amplificatorului studiat, având o rezistenţă de intrare R<<R C şi o rezistenţă de ieşire mult mai mare decât rezistenţa generatorului de semnal: R2>>Rg. Este realizat practic cu un amplificator operaţional (AO) în configuraţie de amplificator integrator şi un convertor tensiune-curent realizat cu rezistorul R. Pentru simplitate acest circuit nu este prezentat în detaliu. Rezistorul R e se poate conecta în emitorul lui T (în locul reţelei de reacţie) pentru a putea studia amplificatorul de bază. Rezistorul R b, conectat la intrarea tranzistorului T, permite determinarea indirectă a curentului de intrare în tranzistor şi a rezistenţei de intrare în primul etaj. Dioda D protejează circuitul în cazul aplicării unei tensiuni de alimentare cu polaritate inversată. Se presupune că sursa de alimentare are circuit de protecţie la scurtcircuit, reglat astfel încât sursa să nu poată furniza un curent mai mare de A (curentul limită suportat de dioda de tip N400 utilizată). 3. Consideraţii teoretice În continuare se vor prezenta unele metode de calcul teoretic a parametrilor amplificatoarelor. 44
Pentru tranzistoarele utilizate în montaj se vor considera următorii parametri: β =250; BE2 =0,65V; β 2 =00, r b2 =50Ω, T =25mV. Parametrii de semnal mic ai tranzistoarelor se pot calcula astfel: transconductanţa, g m = C / T ( C este curentul continuu de colector); rezistenţa internă de intrare, r π (= r b'e )=β/g m. 3. Determinarea psf şi a parametrilor tranzistoarelor Deoarece circuitul de polarizare a bazei tranzistorului T asigură: C2 = CC /2 curenţii de colector ai tranzistoarelor se pot calcula cu relaţiile (obţinute din analiza în c.c. a circuitului electronic, realizată cu ajutorul teoremelor lui Kirchhoff şi a legii lui Ohm): BE2 C2 C = R3 + B2 = + (), R3 β 2 RC C2 CC CC C2 = R R C C C 2 = = C (2). R C R2 2 R C 2 R2 Prin rezolvarea sistemului de ecuaţii (), (2), se determină valorile teoretice ale curenţilor prin T şi T2 în cele două cazuri care vor fi analizate: a) fără R3 (R3 = ) şi b) cu R3 (=kω). Parametrii de c.a. ai tranzistoarelor se calculează (pentru cazurile a şi b) cu relaţiile: β0 β rπ =, r be = rπ + rb (3), gm 40 C unde C este curentul continuu prin tranzistor. Pentru T rezistenţa serie a bazei se neglijează (r b =0). 3.2 Metoda de studiu a circuitelor cu reacţie Se va analiza cazul unui amplificator de tensiune. La ieşire se va "citi" tensiunea şi o parte din aceasta se va trimite înapoi spre intrare pentru a fi comparată cu tensiunea de intrare. Schema de principiu a unui astfel de circuit este prezentată în figura 2. Acest tip de reacţie este denumit reacţie "serie de tensiune" (deoarece reţeaua de reacţie este în serie cu intrarea şi mărimea de ieşire este tensiunea) sau reacţie "cu eşantionare în nod şi compararea pe buclă" (deoarece preluarea semnalului se face din nodul de ieşire şi compararea tensiunilor de intrare şi de reacţie se face pe bucla de la intrarea circuitului). Amplificatorul de bază "a" şi reţeaua de reacţie "b" se vor considera unilaterale; aceasta înseamnă că "a" transmite semnal numai de la ε la o şi "b" numai de la o la r. 45
ε Amplif. de bazã a i ε Amplif. de bazã a. ε z z i o o i Ret. de reactie o i Ret. de reactie o r b r b. o a) Configuratia de bazã b) Amplificator cu impedante finite Fig.2. Scheme de principiu pentru reacţia serie de tensiune Din figura 2.a rezultă amplificarea cu reacţie "A": = a ε, r = b, ε = i r şi deci: A o a = = (4). i + a b Este utilă introducerea mărimii "câştig pe buclă", notată cu "T": T= a b (5) Se consideră reţeaua de reacţie ideală,z i şi z o impedanţele de intrare, respectiv de ieşire ale amplificatorului de bază, ca în figura 2.b. mpedanţa de intrare a circuitului se poate determina astfel: z i ε i ε + b ε + a b ε =, b = a b ε, Zi = = = = zi ( + T) (6). i i Pentru determinarea impedanţei de ieşire a amplificatorului cu reacţie se consideră schema din figura 2.b pasivizată ( i se înlocuieşte cu un scurtcircuit) şi se consideră o sursă de tensiune o la ieşirea circuitului. În această situaţie se pot scrie relaţiile: a ε + a b zo zo ε + b = 0, o = =, Z o = = = zo zo o + a b + T (7). Reacţia serie de tensiune măreşte impedanţa de intrare cu factorul (+T) şi micşorează impedanţa de ieşire cu acelaşi factor. Dacă valoarea câştigului amplificatorului de bază tinde spre infinit, circuitul cu reacţie tinde spre un amplificator de tensiune ideal (cu Z i infinit şi Z o nul). 3.3 Circuite cu reacţie reale şi determinarea factorului de reacţie În amplificatoarele cu reacţie concrete, reţeaua de reacţie determină o încărcare la intrarea şi la ieşirea amplificatorului de bază. În continuare se vor prezenta metodele de includere în calcule ale acestor încărcări. Rezultatele provin din analiza circuitului realizată cu teoria cuadripolilor. Determinarea parametrilor teoretici ai amplificatorului se va face conform procedurii recomandate la studiul amplificatoarelor cu reacţie negativă. Analiza circuitului constă din următorii paşi: Se identifică variabilele de intrare şi de ieşire şi tipul de reacţie. În cazul de faţă mărimile de intrare şi de ieşire sunt tensiuni iar reacţia este o reacţie "serie de tensiune" sau "cu eşantionare în nod şi comparaţie pe buclă". Eşantionarea se face în nodul de ieşire (colectorul lui T2) iar compararea tensiunilor de intrare şi de reacţie se face între baza şi emitorul lui T (pe bucla de intrare a lui T). i i 46
Se determină factorul de reacţie considerând schema cuadripolului de reacţie (CR), din figura 3.a, atacată la ieşire de un generator de tensiune (deoarece este o reacţie "de tensiune" la ieşire) şi cu nodul de intrare în gol (deoarece reacţia este de tip "serie" la intrare). Se determină efectul reţelei de reacţie la ieşirea amplificatorului, prin considerarea rezistenţei văzute la poarta dinspre ieşire a CR cu poarta dinspre intrarea a CR în gol, iar efectul la intrarea în amplificator rezultă prin considerarea rezistenţei văzute la poarta dinspre intrare a CR cu poarta dinspre ieşire a CR în scurtcircuit. O regulă care ajută la fixarea ideilor este următoarea: la poarta unde se calculează încărcarea se consideră un generator de tensiune sau curent după tipul mărimii electrice de la acea poartă, iar poarta rămasă a CR se consideră în gol sau în scurtcircuit după cum impedanţa la bornele respective ale amplificatorului ideal este infinită sau nulă. Pentru simplitate, paşii de lucru s-au particularizat pentru cazul reacţiei "serie de tensiune". Reţeaua de reacţie pentru circuitul studiat în lucrare este prezentată în figura 3.a. Conform acestei scheme, parametrii reţelei de reacţie se determină cu relaţiile: r R5 b = = R5+ R4 i ). r r, R e = = R5 R4, R = = R4+ R5 ocr (8 = 0 i = 0 o i = 0 i Re R5 R4 o R ocr o i Amp.bazã ri r o b a) reteaua de reactie. o b) încãrcarea amplif. Fig.3. Circuite echivalente pentru reacţia serie de tensiune R e ε a u ε Schema echivalentă a amplificatorului complet, cu reacţie, care include efectele de încărcare este prezentată în figura 3.a. Parametrii amplificatorului de bază, încărcat cu rezistenţa de sarcină, R L şi cu rezistenţele echivalente la intrarea şi ieşirea CR, R e şi R ocr, se pot determina conform schemei din figura 3.b după pasivizarea generatorului de reacţie. Parametrii calculaţi astfel se utilizează în relaţiile (4)... (7) pentru a determina parametrii amplificatorului cu reacţie. 3.4 Calculul amplificărilor şi a rezistenţelor de intrare şi ieşire în buclă deschisă Pentru a obţine amplificatorul de bază (în buclă deschisă) se deconectează reţeaua de reacţie dintre ieşire şi intrare şi se consideră efectele acesteia asupra amplificatorului de bază conform indicaţiilor din paragraful precedent. Schema echivalentă de c.a. din figura 4, valabilă la frecvenţe medii, se obţine prin înlocuirea tranzistoarelor cu schema lor echivalentă simplificată, valabilă la joasă frecvenţă; condensatoarele de cuplare şi sursa de alimentare ( CC ) se înlocuiesc cu scurtcircuite. o R4 R5 R L 47
i R b r ib b β b r ib2 b2 β2 b2 r o g R rπ b R e R3 c rb rπ 2 R2 R C R4 R5 o R L Fig.4. Schema echivalentă a amplificatorului de bază încărcat Pentru simplificarea calculelor se vor considera cele două etaje de amplificare separat şi se va ţine seama de efectul celui de-al doilea etaj prin intermediul rezistenţei de intrare în acesta, r ib2. Se vor utiliza notaţiile: Rc2 = RC ( R3+ R4) R2 şi rib2 = rb + r π 2. (9). Rezistenţa de intrare şi amplificarea în tensiune a primului etaj se pot calcula cu relaţiile: b c β r ib = = rπ + ( β + ) Re, a u = = b b ( R3 r ) r ib ib2 (0). Rezistenţa de ieşire şi amplificarea în tensiune a celui de-al doilea etaj se pot determina cu relaţiile: r o R = = R = = β 2, a 2 r c u o g =0 c 2 b2 c2 L b2 ib2 R β2 Rc2 R = r ib2 L (). Rezistenţa de ieşire s-a calculat ca fiind rezistenţa văzută dinspre sarcină spre amplificator după pasivizarea surselor independente din circuit (g = 0 ceea ce duce la β 2 b2 = 0). Amplificarea în tensiune a amplificatorului se obţine înmulţind amplificările celor 2 etaje din care este compus amplificatorul, deoarece ieşirea primului etaj constituie intrare pentru cel de-al doilea: c a u = = = au2 au b c (2). b Factorul de cuplaj în tensiune dintre cele 2 etaje a fost considerat implicit atunci când s-a considerat rezistenţa r ib2 în colectorul tranzistorului T. 3.5 Calculul frecvenţelor limită pentru amplificatorul de bază Frecvenţele limită ale amplificatorului sunt acele frecvenţe pentru care amplificarea scade la 2 din amplificarea la frecvenţe medii. Cauza scăderii amplificării este existenţa unor capacităţi (sau inductanţe) în circuit. Aceste capacităţi (Ci) determină constantele de timp: τ i = Ri Ci. Rezistenţele Ri reprezintă rezistenţele care "se văd" la bornele capacităţilor Ci considerând sursele independente din circuit pasivizate. nversul constantei de timp este aşa-numita pulsaţie de frângere, care este legată de frecvenţa (f i ) conform relaţiei: ω = τ = 2 π f. În cazul circuitului analizat în această lucrare condensatorul de i i i 48
intrare, C, va fi determinant pentru frecvenţa limită inferioară (de "jos", fj) şi condensatorul C3 va fi determinant pentru frecvenţa limită superioară (f s ). Frecvenţa limită inferioară, fj, se determină conform celor arătate mai sus considerând circuitul echivalent de la intrarea amplificatorului din figura 5.a: τ ω j [ R r ( R R )] C j ω j 2 π 2 π C r ( R R ) = + + =, f = (3). + j g ib b În relaţia a doua, s-a neglijat Rg (50Ω..600Ω tipic) faţă de celelalte rezistenţe din circuit care au valori de zeci, sute de kω. Rg g C R b R Amplif. r ib (R ) ib R3 r b b2 rπ 2 C 3e a) Circ.echiv.la intrarea amplif. b) Circ.de la iesirea amplif. (T2) c) Sch.ech.pt.calc.fs C3 c β2 b2 Rc ib Fig.5. Scheme echivalente pentru calculul frecvenţelor limită R3 b r b rπ 2 R C3e Frecvenţa limită superioară, f s, se determină plecând de la circuitul echivalent de la ieşirea amplificatorului reprezentat în figura 5.b. Capacitatea văzută la intrarea tranzistorului T2, C3e, se poate determina utilizând teorema lui Miller. Schema echivalentă rezultată, din figura 5.c permite calcularea directă a constantei de timp asociate condensatorului C3 şi implicit a "f s " conform relaţiilor: C3e = ( au2) C3, a u2 = < 0 ; R C3e= R3 ( rb + rπ 2) (4), τ c ωs = R 3 C3 =, f s = = (5). ω 2 π 2 π R C s C e e s Ce 3 3e 3.6 Calculul amplificărilor şi a rezistenţelor de intrare şi ieşire în buclă închisă Parametrii amplificatorului cu reacţie (A u, R ib, R o ) se determină teoretic prin înlocuirea parametrilor amplificatorului de bază (a u, r ib, r o, calculaţi pentru diferite configuraţii de circuit) în relaţiile teoretice prezentate în paragraful 2.2. A u se determină prin înlocuirea lui a u din (2) în (4), apoi se determină "T" din (5). Z i (R ib în acest caz) rezultă prin înlocuirea lui r ib din (0), ca z i, în (6). R o se calculează prin înlocuirea lui r o din () în (7). Rezultatele sunt diferite după configuraţia de circuit considerată: cu R3 sau fără, cu R L sau fără (deoarece se modifică a u şi eventual r ib ). 3.7 Calculul frecvenţelor limită pentru amplificatorul cu reacţie În lucrarea de faţă s-a considerat cazul simplificat în care frecvenţele limită depind în principal de o capacitate (C determină fj iar f s este determinată de C 3 ). C 3e 49
Calculul frecvenţei limită superioară. Amplificarea în buclă deschisă în domeniul frecvenţelor înalte, a s, (în cazul unui pol dominant, determinat de C3), expresia amplificării cu reacţie (4) rescrisă, în bandă (cu indicele "0") şi cea pentru un semnal sinusoidal de pulsaţie "ω", sunt date de expresiile: a s 0 0 ( jω), A, A( jω) ( ω) ( ω) a a aj = + 0 = = (6), jωω + a b + aj b s 0 0 0 Dacă se înlocuieşte a s (jω) în A (jω) şi se fac câteva simplificări va rezulta: a 0 a 0 As( jω) = = = A jω + a b jω 0 jω + a0b0 + 0 0 + + ω ω ω unde ω s este calculat în relaţia (5) şi ( ) ( ) ( + a b ) s s 0 0 rs (7). ωsr = ωs + a0b0 = ωs + T = 2 π fsr (8), permite determinarea frecvenţei limită superioară a amplificatorului cu reacţie, f sr. Calculul frecvenţei limită inferioară. Pentru cazul unui condensator dominant la joasă frecvenţă la amplificatorul de bază (C în cazul acestei lucrări) se poate demonstra (plecând de la expresia a j de mai jos), că frecvenţa limită inferioară a amplificatorului cu reacţie, rezultă din relaţiile: \ a ( jω) j a ωj ω f 0 j j =, ω jr = = = 2 π f + jr, sau f = ω jω + a b + T jr (9). + T j 0 0 Rezultatul obţinut este valabil pentru cazul în care toate elementele care determină frecvenţa limită sunt incluse în bucla de reacţie. La o analiză mai atentă a circuitului (figura 5.a cu R ib în locul r ib ) se constată că rezistenţa văzută la bornele lui C este alcătuită dintr-o rezistenţă influenţată de reacţia negativă, R ib, şi grupul R b +R, care se află în afara reţelei de reacţie şi deci nu îşi schimbă valoarea în cazul aplicării reacţiei. De aceea, fjr se calculează cu relaţia (3) modificată: f jr ωjr = 2 π 2 π C R (20). R + R ib ( ) 4. Desfăşurarea lucrării Aparatură necesară sursă de tensiune constantă: =2V, lim >20mA; b sursă de semnal sinusoidal reglabilă: f=0hz..200khz; ef =0..00mV; R o =600Ω (sau 50Ω). voltmetru electronic de c.c şi c.a.; montajul de laborator. 50
Se reglează tensiunea sursei de alimentare la valoarea de 2V şi curentul limită la valoarea minimă. După reglare se va conecta sursa la amplificator cu respectarea polarităţii (borna "-" la masă). 4. Studiul amplificatorului de bază, determinări experimentale Se alimentează circuitul, se conectează generatorul de semnal la intrarea şi osciloscopul la ieşire (în colectorul lui T2). Pentru a studia amplificatorul de bază se conectează rezistorul R e în emitorul tranzistorului T. La prima configuraţie studiată (Cfg. din tab. ) nu se va conecta rezistorul R3 în baza lui T2. niţial amplificatorul va lucra în gol, deci rezistenţa de sarcină (R L ) nu se va conecta în circuit. Generatorul de semnal va fi reglat pentru a genera un semnal sinusoidal cu o frecvenţă de ordinul kilohertzilor (de exemplu 2kHz). Nivelul semnalului la generator se va regla pentru ca tensiunea măsurată la ieşire " o " să aibă o valoare efectivă (măsurată cu voltmetrul de c.a.) de circa V şi semnalul de ieşire vizualizat pe osciloscop să aibă o formă de undă aproximativ sinusoidală, fără distorsiuni de limitare. Se măsoară tensiunile alternative din prima parte a liniei din tabelul : tensiunea de la generator, g, înaintea rezistenţei R b (între borna dintre R b, Cb şi masă), căderea de tensiune pe rezistenţa R b, Rb, (cu masa voltmetrului conectată spre generator), tensiunile de intrare şi ieşire din etajul al 2-lea ( c în baza, respectiv o în colectorul lui T2), tensiunea de la ieşirea circuitului, ol, în colectorul lui T2, cu sarcina R L conectată. Tensiunea de intrare în T, bl, nu se măsoară direct, deoarece rezistenţa de intrare a circuitului este mare (sute de kω) şi datorită rezistenţei interne finite a voltmetrului (circa 0MΩ la voltmetrul digital utilizat) tensiunea măsurată ar rezulta cu câteva procente mai mică. Datorită metodei indirecte utilizate pentru determinarea rezistenţei de intrare, este foarte probabil ca rezultatul calculului să aibă o eroare de câteva ori mai mare decât eroarea de măsurare a tensiunii bl. Se recomandă măsurarea cu atenţie a tensiunilor g şi Rb. La măsurarea tensiunii Rb, masa cablului ecranat cu care este conectat voltmetrul, se va lega spre borna de impedanţă redusă, deci spre generatorul de semnal, a cărui rezistenţă internă este mică, Rg=(50..)600Ω. Se observă pe osciloscop creşterea zgomotului la ieşire (în timpul măsurării) şi se urmăreşte pe osciloscop ca amplitudinea la ieşire să nu se schimbe semnificativ (aprecierea amplitudinii se face prin medierea zgomotului). Pentru configuraţia a 2-a şi a 3-a (Cfg.2 şi 3, tab.) se conectează rezistorul R3 în baza lui T2. niţial amplificatorul va lucra în gol, deci R L se va deconecta din circuit. Pentru Cfg.2 se reglează nivelul semnalului la generator astfel încât tensiunea măsurată la ieşire " o " să aibă o valoare efectivă de circa V. Se măsoară primele 4 tensiuni din tabel. Pentru a determina tensiunea ol se va conecta R L la ieşire. Se va completa prima parte a celei de-a doua linii din tabelul. 5
Tabelul Cfg. g Rb c o ol b au au2 au r ib r o fs fj mv mv mv mv mv mv kω Ω khz Hz - - 2 3 - - - Pentru a determina frecvenţa limită superioară, f s, se conectează C3 în colectorul tranzistorului T2, se deconectează R L de la ieşire şi se măreşte frecvenţa semnalului la generator (fără a modifica nivelul) până când tensiunea de ieşire scade la 0,707 din valoarea de la frecvenţe medii (de la V la 0,707V de exemplu). Valoarea frecvenţei obţinute se notează în penultima coloană a liniei a 2-a din tabel. Pentru a determina frecvenţa limită inferioară fj, se va muta generatorul de la intrarea la intrarea 2 şi la o frecvenţă de circa 2kHz se va reduce nivelul semnalului la generator pentru a obţine la ieşire circa V (valoare efectivă). Reducând frecvenţa, se va determina fj, ca fiind frecvenţa la care amplitudinea la ieşire scade la 0,707 faţă de amplitudinea din bandă. Pentru configuraţia a 3-a, se conectează RL la ieşire, se deconectează C3, se reconectează generatorul la intrarea şi la o frecvenţă de circa 2kHz se reglează nivelul semnalului la generator pentru a obţine o tensiune efectivă de ieşire de circa 0,5V. Se efectuează măsurătorile pentru a completa prima parte din linia a 3-a din tabelul. La calculul amplificărilor, în relaţiile (2), se va utiliza tensiunea de ieşire ol, în locul tensiunii o. Se conectează C3 şi apoi se determină (şi se trece în tabel) frecvenţa limită superioară conform metodei precizate anterior. Celelalte mărimi din tabelul se vor calcula conform relaţiilor următoare: Tensiunea de intrare ( b ) şi amplificările în tensiune (a u, a u2 şi a u ): c b = g Rb, a u =, a u2 =, a u = ( = au2 au) (2), r ib b c b Rezistenţa de intrare, r ib, şi rezistenţa de ieşire, r o : = b b b = g b l R b, ro = R L (22). 4.2 Studiul amplificatorului cu reacţie Pentru a studia amplificatorul cu reacţie se conectează reţeaua de reacţie în emitorul lui T, mai exact se leagă nodul dintre R4, R5 la emitorul lui T şi se reiau toate măsurătorile din paragraful precedent pentru a completa tabelul 2. La configuraţia a 4-a, prima linie din tabelul 2, se deconectează R3 şi C3. niţial amplificatorul va lucra în gol, deci R L se va deconecta din circuit. La o frecvenţă de circa 2kHz, nivelul semnalului la generator se va regla pentru ca tensiunea efectivă la ieşire " o " să aibă circa V. Se măsoară tensiunile alternative din prima parte a primei linii din tabelul 2. ol 52
Pentru configuraţia a 5-a şi a 6-a, se conectează R3 în baza lui T2 şi se păstrează nivelul semnalului la generator. niţial amplificatorul va lucra în gol, deci R L se va deconecta din circuit. Se măsoară primele 3 tensiuni din tabel. Pentru a determina tensiunea ol se va conecta R L la ieşire. Se va completa prima parte a celei de-a doua linii din tabelul 2. Tabelul 2 Cfg. g Rb o ol b Au R i R o fsr fjr mv mv mv mv mv kω Ω khz Hz 4 - - 5 6 - - - Pentru a determina frecvenţa limită superioară a amplificatorului cu reacţie, f sr, se conectează C3 la colectorul lui T2, se deconectează R L de la ieşire şi se măreşte frecvenţa semnalului la generator (fără a modifica nivelul) până când tensiunea de ieşire scade la 0,707 din valoarea de la frecvenţe medii (de la V la 0,707V de exemplu). Valoarea frecvenţei obţinute se notează în tabel. Pentru a determina fjr, se deconectează C3, se mută generatorul de la intrarea la intrarea 2. La o frecvenţă de circa 2kHz se măsoară nivelul semnalului la ieşire. Reducând frecvenţa, se determină fjr, la care nivelul semnalului la ieşire scade la 0,707 faţă de nivelul din bandă, măsurat anterior. Pentru configuraţia a 6-a, se conectează RL la ieşire, se reconectează generatorul la intrarea şi se revine la o frecvenţă de circa 2kHz. Se efectuează măsurătorile pentru a completa prima parte din linia a 3-a din tabelul 2. La calculul amplificării, în relaţia (2), se va utiliza tensiunea de ieşire ol, în locul tensiunii o. Se conectează C3 şi apoi se determină (şi se trece în tabel) f sr conform metodei prezentate la configuraţia precedentă. Celelalte mărimi din tabelul 2 se vor calcula conform relaţiilor (2) şi (22). Se vor determina amplificările şi rezistenţele pentru amplificatorul cu reacţie (A u, R ib şi R o ) cu aceleaşi relaţii deoarece metoda de măsurare a parametrilor amplificatorului este aceeaşi ca şi în paragraful precedent. 4.3 Limitarea amplitudinii semnalului la ieşire şi modificarea amplificării Se revine la configuraţia a 5-a, se deconectează RL şi C3, cu generatorul la intrarea 2 se fixează frecvenţa la circa 2kHz şi se reglează nivelul pentru a obţine la ieşire tensiunile efective din tabelul 3. Deoarece valoarea exactă a tensiunii este dificil de reglat se pot modifica superior valorile tensiunilor din tabel (de exemplu,08 2,54 ). Se măsoară şi se trec în tabelul 3 tensiunile b corespunzătoare; se calculează A u ca raport al tensiunilor măsurate, ca în relaţia (2) şi se trec în tabel. În ultimele linii ale tabelului se trece tensiunea instantanee maximă de la ieşire (măsurată pe osciloscop) fără sarcină şi cu sarcină. Se apreciază influenţa sarcinii asupra amplitudinii şi asupra distorsiunilor semnalului de la ieşire. 53
Se reface configuraţia a 2-a. Se conectează rezistorului R e în emitorul lui T (în locul reţelei de reacţie), se deconectează RL şi se reiau determinările de la aliniatul precedent. Generatorul se poate conecta la intrarea, iar tensiunea b se poate măsura direct în baza lui T, deoarece în acest caz erorile datorate rezistenţei de intrare a voltmetrului sunt neglijabile. Tabelul 3 Cfg. [V] 2 2,5 3 3,5 u om [V] u om cu R L 2 b [mv] au Cfg. [V] 2 2,5 3 3,5 u om [V] u om cu R L 5 b [mv] Au Se va analiza efectul distorsiunilor şi al limitărilor tensiunii de ieşire pentru amplificatorul cu şi fără reacţie negativă. Toate observaţiile se vor scrie în referat. 4.4 Prelucrarea datelor experimentale Se vor compara rezultatele calculelor teoretice cu valorile obţinute experimental. Toate calculele pentru determinarea mărimilor teoretice şi experimentale vor fi incluse în referat. Valorile determinate experimental se transcriu din tabelele şi 2 în tabelele 4 şi respectiv 5. Tabelul 4 Date Cfg au au2 au rib ro fs fj obţinute: kω Ω khz Hz teoretic - - experim. - - teoretic 2 experim. teoretic 3 - - experim. - - Tabelul 5 Cfg Au Rib Ro fsr fjr kω Ω khz Hz 4 - - 5 - - 6 - - - - 4.5 Amplificatorul de bază Valorilor teoretice pentru parametrii amplificatorului de bază se calculează pe baza relaţiilor (0), () şi (2) de la paragraful 2.4 pentru cele trei situaţii care au fost studiate experimental. 54
Se vor considera amplificările fără semnul rezultat din relaţiilor (0) şi () deoarece semnul minus semnifică inversarea fazei, care nu poate fi pusă în evidenţă la măsurarea tensiunilor alternative cu voltmetrul de c.a. Atenţie! R c utilizat în relaţia () se determină din (9) şi este diferit de R C. Configuraţia se referă la amplificatorul fără R3 (R3 = ) şi fără R L (R L = ). Se vor utiliza parametrii tranzistoarelor calculaţi conform psf pentru cazul a) din paragraful 2., în relaţia (0) nu se va considera R3 iar în relaţia (), pentru calculul a u2, nu se va considera R L. La configuraţiile 2 şi 3, cu R3, se va considera psf corespunzător cazului b) din paragraful 2.. Frecvenţele limită, pentru configuraţia a 2-a se vor determina cu relaţiile (3) şi (5). Frecvenţa f s la configuraţia a 3-a se calculează tot cu relaţia (5), dar C 3e calculat cu (4) este mai mic, deoarece şi a u2 este micşorat de R L. 4.6 Amplificatorul cu reacţie Se va determină factorul de reacţie, b, din relaţia (8) şi apoi cu ajutorul datelor teoretice din tabelul 4 se vor calcula parametrii amplificatorului cu reacţie, conform indicaţiilor din paragraful 2.6. Rezultatele calculelor se vor centraliza în tabelul 5. La calcularea rezistenţei R o în configuraţia a 5-a se va considera amplificarea "a u " corespunzătoare configuraţiei a 3-a, deoarece la determinarea R o s-a conectat R L la ieşire şi deci amplificarea a u ( a amplificatorului de bază) este redusă de prezenţa R L. La determinarea fjr se va utiliza relaţia (20), conform observaţiei dată în paragraful 2.7. Se vor compara rezultatele teoretice cu cele experimentale şi se vor trage concluzii referitoare la efectul sarcinii asupra parametrilor amplificatorului prin compararea configuraţiilor 5 cu 6. 4.7 nfluenţa amplitudinii semnalului de la ieşire asupra amplificărilor Se vor reprezenta pe acelaşi grafic amplificările a u şi A u din tabelul 3, (normate la valoarea maximă) în raport cu nivelul semnalului de la ieşire. Datorită normării, maximul celor două curbe va avea valoarea "". 55