EFECTELE RN ASUPRA PARAMETRILOR UNUI AMPLIFICATOR

I. OBIECTIVE

a) Determinarea experimentala a relatiei cantitative intre valorile factorului de reactie (1+ar), pe de o parte si modificarile produse prin RN unor parametri ai amplificatoarului de baza: amplificare, neliniaritatea amplificarii, banda de frecvente de trecere la 3dB, rezistentele de intrare si de iesire.

II. COMPONENTE SI APARATURA

Folosim montajul experimental din Fig.6.5.Pentru alimentarea montajului avem nevoie de o sursa de tensiune continua stabilizata. Folosim un voltmetru de c.c. pentru masuratori in punctele statice, un generator de semnale pentru furnizarea tensiunii sinusoidale de intrare si un osciloscop cu doua canale pentru vizualizarea tensiunilor variabile si a caracteristicilor de transfer.

III. SUPORT TEORETIC

Experimentele se bazeaza in principal pe sectiunea 'Amplificatoare cu reactie' din cursul de Circuite electronice fundamentale. Cu mare incredere ar trebui consultate si lucrarile:

Miron, C., Introducere in circuite electronice, Editura Dacia, Cluj - Napoca, 1983, p. 103 -113;

Dascalu, D., s.a., Dispozitive si circuite electronice, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982, 302 - 306.  

IV. EXERCITII PREGATITOARE

P1. Amplificatorul de baza si diportul de reactie.

P1.1. Puncte statice de functionare.

Estimati coordonatele punctelor statice de functionare  (v_CE, I_C) si tensiunile in colectoarele celor doua tranzistoare pentru circuitul din Fig. 6.5. Tensiunile continue in bazele celor doua tranzistoare sunt de 1V pentru T1 si 1,8V pentru T_2.

Sugestie: Desenati schema echivalenta in curent continuu.

P1.2. Amplificarea de baza

Care elemente din schema formeaza diportul de reactie?

Reactia este numai in curent continuu, numai in curent alternativ sau atat in c.c cat si in c.a.?  De ce?

Dovediti ca topologia reactiei este serie(tensiune)-paralel(tensiune).

Sugestie: Desenati schema echivalenta pentru variatii .

Amplificatorul de baza din Fig.6.5 este un amplificator neliniar datorita prezentei celor doua diode D₁ si D₂ impreuna cu divizoarele rezistive R₁₁,  R₁₂, respectiv R₁₅, R₁₆. Pentru amplitudini mici ale tensiuni variabile in colectorul T₂, cele doua diode sunt blocate si  amplificarea a nu este influentata de rezistentele R₁₁,  R₁₂, R₁₅, R₁₆ Cand in colectorul lui T₂ amplitudinea tensiuni variabile creste, la o anumita valoare a acesteia vor intra in conductie D₁-pe alternanta pozitiva, respectiv D₂-pe alternanta negativa. Rezistenta echivalenta in colectorul T₂ se micsoreaza, ceea ce conduce la micsorarea proportionala a amplificarii (a₁) .

Care sunt valorile amplificarii de baza a (D₁, D₂ blocate) si a₁ (D₁, D₂ alternativ in conductie)? Rezistenta de intrare in al doilea etaj (cu T₂) este de aproximativ 12kW

Caracteristica de transfer pentru circuitul fara reactie pentru semnal variabil, v_o(v_i) este prezentata in Fig. 6.1.a. De pe aceasta caracteristica se poate deduce amplificarea  ca fiind panta dreptei. Corespund valorile amplificarilor deduse de pe caracteristica cu cele calculate mai sus?

P1.3. Transmitanta de reactie

Care este valoarea transmitantei diportului de reactie r?

Se verifica faptul ca circuitul are RN?

Care sunt valorile pentru factorii de reactie (1+ar)  si (1+a₁r)?

P2. EFECTELE RN

P2.1. Amplificarea, variatia amplificarii de baza, neliniaritatea amplificarii de baza

Pentru circuitul cu reactie determinati valorile amplificarii A, respectiv A₁.

Caracteristica de transfer pentru semnal variabil, v_o(v_i) pentru amplificatorul cu reactie, este prezentata in Fig. 6.1.b. Corespund valorile amplificarilor calculate de voi cu cele obtinute de pe caracteristica de transfer?

P2.2. Banda de frecvente de trecere

In urma simularii s-au obtinut diagramele Bode din Fig. 6.2. Diagramele au fost determinate pentru valoarea a a amplificarii fara reactie, respectiv pentru valoarea A a amplificarii cu reactie.

Determinati benzile de frecvente de trecere la 3dB pentru amplificatorul fara reactie, B, respectiv pentru cel cu reactie B_r. Atentie la scara logaritmica de reprezentare a frecventei.

Ce relatie trebuie sa existe intre B si B_r? Dar intre produsele amplificare banda in fiecare din cele 2 situatii?

P2.3. Rezistentele de intrare si de iesire

Schemele uzuale de polarizare ale unui TB intr-un circuit de amplificare utilizeaza un divizor rezistiv in baza tranzistorului. In acest caz rezistenta vazuta de sursa de semnal de intrare este data de rezistenta care se vede in baza tranzistorului in paralel cu cele doua rezistente. Pentru a asigura stabilitatea PSF, rezistentele divizorului nu pot lua valori prea mari, astfel ca rezistenta vazuta de sursa de semnal este puternic afectata de rezistentele din divizor. In cazul unui amplificator cu degenerare in emitor, cum este primul etaj din amplificatorul studiat, rezistenta vazuta in baza tranzsitorului este ridicata, dar din cauza divizorului sursa de semnal ar vedea mai degraba rezistenta data de divizorul rezistiv.

Pentru a putea studia efectul reactiei negative asupra amplificatorului este necesar ca rezistentele din divizor sa nu influenteze rezistenta vazuta de sursa de semnal. Pentru aceasta se utilizeaza  metoda urmaririi de potential pentru a creste considerabil rezistenta data de divizorul de polarizare in baza, prin utilizarea R₁ si C₂.

Crearea unei rezistente infinit de mari pentru un semnal variabil este echivalenta cu a spune ca tensiunea variabila aplicata rezistentei este zero (rezulta curent zero prin rezistenta). Pentru aceasta s-a introdus o rezistenta R₁ in circuit care are un terminal conectat la intrarea amplificatorului iar celalalt terminal conectat intr-un punct de la iesirea amplificatorului care are aceeasi variatie de potential cu intrarea: potentialul lui urmareste potentialul intrarii. De aceea aceasta tehnica se numeste metoda urmaririi de potential (bootstraping in engleza).

Deoarece se doreste ca aceasta rezistenta sa fie prezenta doar pentru variatii si sa nu afecteze regimul de curent continuu (PSF), este necesara si utilizarea unui condensator C₂ cu o valoare suficient de mare pentru ca impedanta lui sa poate fi neglijata pentru domeniul de frecvente de lucru.

S-a ales pentru conectare in partea de iesire a amplificatorului emitorul tranzistorului deoarece stim ca fata de emitor avem un repetor de tensiune.

Rezistentele de intrare si de iesire ale amplificatorului se modifica prin introducerea RN?

Cum se calculeaza rezistentele de intrare R_ir si de iesire R_or ale amplificatorului cu reactie daca se cunosc rezistentele de intrare R_i si de iesire R_o ale amplificatorului fara reactie?

V. EXPERIMENTARE

E1. Amplificatorul de baza si diportul de reactie

E1.1. Puncte statice de functionare.

Alimentati circuitul din Fig. 6.5 cu 20V tensiune continua

Verificati daca T₁ si T₂ sunt in conductie (v_BE 0.65V)

Determinati punctele statice de functionare si tensiunile in colectoarele celor doua tranzistoare, atat pentru amplificatorul fara reactie, K deschis (nu conduce), cat si pentru amplificatorul cu reactie, K inchis (conduce).

E1.2. Amplificarea de baza

Se alimenteaza circuitul la 20V tensiune continua, K deschis (nu conduce)

Pentru determinarea lui a, v_i este tensiune sinusoidala continua cu frecventa de 1kHz si amplitudine de 20mV.

Se vizualizeaza simultan v_i si v_o.

Datorita caracterului neliniar al amplificatorului, a₁ nu poate fi calculat ca raport intre amplitudinile v_o si v_i chiar daca v_i are amplitudinea suficient de mare pentru ca amplificarea sa fie a₁ (Fig.6.1.a)). Vom determina a₁ din panta caracteristicii de transfer pentru semnal variabil v_o(v_i).

v_i-tensiune sinusoidala cu frecventa de 1KHz si amplitudinea de 500mV.

Se vizualizeaza caracteristica de transfer v_o(v_i).

E1.3. Transmitanta de reactie

Se inchide comutatorul K astfel incat circuitul sa aiba reactie.

v_i - tensiune sinusoidala cu frecventa de 1kHz si amplitudinea sub 100mV.

Se vizualizeaza simultan v_o si tensiunea pe rezistenta R₅ care constituie tensiunea de reactie, v_r.

E2. Efectele RN

E2.1. Amplificarea, variatia amplificarii de baza, neliniaritatea amplificarii de baza

Se determina caracteristica v_o(v_i) pentru amplificatorul cu reactie.

K-inchis (conduce).

v_i tensiune sinusoidala cu frecventa de 1kHz si de amplitudine de 900mV.

Se vizualizeaza v_o(v_i)

Pentru toate experimentele care urmeaza amplitudinea tensiunii de intrare va fi aleasa astfel incat amplificatorul sa lucreze doar in prima regiune (amplificarea de baza a).

E2.2. Banda de frecvente de trecere

K-deschis; circuitul fara reactie.

Amplitudinea v_i este de 25mV.

Se determina banda de frecventa de trecere la 3dB. Procedura de lucru este :

Se ajusteaza frecventa semnalului de intrare pentru a obtine valoarea maxima a amplitudinii tensiunii de iesire (adica ne plasam in interiorul benzii de frecvente de tecere).

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

K-inchis; circuitul are reactie.

Se determina banda de trecere la 3db pentru amplitudinea v_i de 200mV. Utilizati aceeasi procedura ca mai sus.

E2.3. Rezistentele de intrare si de iesire

a)Rezistenta de intrare

Pentru masurarea rezistentei de intrare a amplificatorului studiat propunem urmatoarea metoda (Fig.6.3.):

Consideram generatorul de semnal o sursa ideala si utiliazam o rezistenta suplimentara R₆ comparabila cu R_i (in cazul nostru sute de kW

Se aplica tensiune de intrare la Input2.

K-deschis; amplificator fara reactie.

v_s-tensiune sinusoidala cu frecventa de 1kHz si amplitudine de 200mV.

Se masoara pe osciloscop amplitudinea v_i.

Deoarece cunoastem atat v_s, cat si v_i si R₆, se poate acum determina R_i avand in vedere divizorul rezistiv format la intrarea amplificatorului

K-inchis; amplificator cu reactie.

Se determina R_ir ; amplitudinea v_s poate creste pana la 600mV.

b) Rezistenta de iesire

Pentru masurarea rezistentei de iesire propunem metoda aratata in Fig. 6.4.

Se masoara mai intai valoarea tensiuni de iesire in gol v_{o gol}, iar apoi in sarcina, v_o. Se modifica R_L pana cand v_o=v_{o gol}/2. In acest caz se poate citi direct de pe cutia decadica valoarea rezistentei R_o.

Se determina R_o pentru circuitul fara reactie, la intrarea circuitului aplicand sursa de tensiune sinusoidala cu amplitudine de 15mV.

Se determina R_or pentru circuitul cu reactie, tensiunea de intrare avand amplitudinea de maxim 300mV.

VI. REZULTATE

R1. Amplicatorul de baza si diportul de reactie.

R1.1. Puncte statice de functionare

Punctele statice de functionare si tensiunile in colectoarele T₁ si T₂.

Cum influenteaza prezenta reactiei valorile de c.c.? De ce?

Comparati valorile masurate cu cele gasite la P1.1. Din ce cauza apar diferente?

R1.2. Amplificarea de baza

v_i(t) si v_o(t)

Se calculeaza valoarea lui a ca raport a celor doua tensiuni.

Caracteristica de transfer pentru semnal variabil v_o(v_i).

Din caracteristica de transfer se determina a si a₁ ca fiind pantele segmentelor de dreapta corespunzatoare.

Comparati valorile pentru a si a₁ cu cele obtinute prin simulare (Fig.6.1a) ) si cu cele calculate la P1.2.

Care este domeniul tensiunilor de intrare pentru care avem amplificarea a ? Dar amplificarea a₁?

Cum explicati prezenta segmentelor de dreapta orizontale de pe caracteristica v_o(v_i)?

Amplificatorul de baza este inversor sau neinversor?

R1.3. Transmitanta de reactie

v_o(t), v_r(t). v_r(t) are sensul de referinta pozitiv dinspre emitorul lui T₁ inspre masa

Valoarea lui r.

Calculati cele doua valori ale factorului de reactie (1+ar) si (1+a₁r).

R2. Efectele RN

R2.1. Amplificarea, variatia amplificarii de baza, neliniaritatea amplificarii de baza

v_o(v_i) pentru amplificatorul cu reactie. Seamana cu cea obtinuta prin simulare (Fig. 6.1.b) )?

De pe caracteristica de transfer se determina amplificarile primei regiuni A, respectiv celei de-a doua regiuni A₁.

Comparati valorile cu cele calculate la P2.1.

Amplificarea cu reactie este mai ..... decat amplificarea fara reactie.

Comparati v_o(v_i) cu cea obtinuta pentru circuitul fara reactie (R1.2.). Comentati efectul reactiei RN asupra neliniaritatii amplificatorului.

Comparati variatia relativa a amplificatorului fara reactie: (a-a₁)/a cu cea a amplificarii cu reactie: (A-A₁)/A.

Cum se explica modificarea acestei variatii relative?

R2.2. Banda de frecvente de trecere.

B, B_r

Este adevarata relatia B_r=B (1+ar)?

Banda la 3dB a amplificatorului cu reactie este ...... decat cea a amplificatorului fara reactie.

Ce spuneti despre produsul amplificare-banda

R2.3. Rezistentele de intrare si de iesire.

R_i, R_ir R_o, R_or

Sunt respectate relatiile gasite la punctul P2.3.?

Pentru topologia s-p a RN, R_ir este .... fata de R_i, iar R_or este ...... fata de R_o.

In scopul sintetizarii cunostintelor haideti sa completam Tabelul1.

Tabelul 1