Zadanie egzaminacyjne

ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ
Zadanie egzaminacyjne
Opracuj projekt realizacji prac związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania
bipolarnego wzmacniacza napięcia, zgodnie z jego danymi technicznymi (Załącznik 1).
Opracuj wyniki pomiarów uzyskane podczas badania bipolarnego wzmacniacza napięcia
(Załącznik 3) na stanowisku wyposażonym zgodnie z Załącznikiem 2, w symulowanych
warunkach obciążenia.
Porównaj uzyskane wyniki z danymi technicznymi oraz sformułuj wnioski dotyczące
poprawności działania i użytkowania bipolarnego wzmacniacza napięcia.
Projekt realizacji prac powinien zawierać:
1. Tytuł pracy egzaminacyjnej.
2. Założenia do projektu realizacji prac, wynikające z treści zadania i załączników.
3. Wykaz działań związanych z uruchomieniem i sprawdzeniem działania bipolarnego
wzmacniacza napięcia.
4. Wykaz zmierzonych i obliczanych charakterystycznych parametrów bipolarnego
wzmacniacza napięcia.
5. Schematy układów pomiarowych do sprawdzenia działania bipolarnego
wzmacniacza napięcia.
6. Opisy sposobu pomiarów charakterystycznych parametrów bipolarnego
wzmacniacza napięcia.
7. Wskazania eksploatacyjne dla użytkownika bipolarnego wzmacniacza napięcia
wynikające z założonych warunków technicznych dotyczących zasilania, punktu
pracy, obciążenia, współpracy z układami przyłączonymi do wejścia wzmacniacza
oraz warunków środowiskowych wymaganych podczas działania układu.
Dokumentacja z wykonania prac powinna zawierać:
1. Interpretację graficzną wyników pomiarów w postaci charakterystyk dynamicznych:
UWY, THD = f(UWE) i częstotliwościowej kU = f(f).
2. Wyniki obliczeń charakterystycznych parametrów bipolarnego wzmacniacza
napięcia: wzmocnienia napięciowego, napięcia przesterowania, rezystancji
wejściowej i wyjściowej dla sygnałów zmiennych, częstotliwości granicznych, oraz
współrzędnych punktu pracy.
3. Zestawienie uzyskanych wyników z danymi technicznymi oraz wnioski dotyczące
poprawności działania bipolarnego wzmacniacza napięcia.
Do wykonania zadania wykorzystaj:
Opis i dane techniczne bipolarnego wzmacniacza napięcia – Załącznik 1
Wyposażenie stanowiska do sprawdzenia działania bipolarnego wzmacniacza napięcia
– Załącznik 2.
Wyniki pomiarów uzyskane podczas uruchomienia i sprawdzenia poprawności działania
bipolarnego wzmacniacza napięcia – Załącznik 3
Czas przeznaczony na wykonanie zadania wynosi 240 minut.
Strona 1 z 5
Wzmacniacz napięcia – zadanie
Załącznik 1
Opis i dane techniczne bipolarnego wzmacniacza napięcia
Wzmacniacz, którego schemat przedstawiony jest na rysunku 1, jest klasycznym układem
wzmacniającym opartym na małosygnałowym tranzystorze bipolarnym BC 107,
pracującym w układzie wspólnego emitera. Układ jest stabilizowany termicznie za pomocą
rezystora RE. Kondensator CE zapewnia eliminację ujemnego sprzężenia zwrotnego dla
sygnałów zmiennych. Rezystory RB1, RB2 i RC zostały tak dobrane, aby zapewnić
odpowiednie wzmocnienie i optymalny punkt pracy.
+Ucc
RC
RB1
CC
WY
CB
RB1 = 51kΩ
RB2 = 18kΩ
RC = 1,8kΩ
RE = 1,1kΩ
CB = 10μF
CC = 2μF
CE = 130μF
WE
RE
RB2
CE
Rys. 1. Schemat ideowy bipolarnego wzmacniacza napięcia
Parametry elektryczne i użytkowe wzmacniacza
Nazwa parametru
Symbol
Wzmocnienie napięciowe w stanie jałowym
kU
130V/V
Wzmocnienie napięciowe dla ROBC = 5,5kΩ
kU
100V/V
Minimalna rezystancja obciążenia
Wartość
ROBCmin
5,5kΩ
Napięcie przesterowania
UP
20mV
Rezystancja wejściowa
rWE
4kΩ
Rezystancja wyjściowa
rWY
1,8kΩ
Pasmo przenoszenia dla THD ≤ 5%
fGD ÷ fGG
100Hz ÷ 700kHz
Napięcie zasilania
UCC
12V
Współczynnik zniekształceń całkowitych
zmierzony przy napięciu przesterowania
THD
5%
Stosunek sygnał/szum zmierzony przy
napięciu przesterowania
S/N
40dB
Zakres temperatur otoczenia
ΔTO
10÷50°C
Maksymalna wilgotność względna
wmax
70%
Strona 2 z 5
ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ
Charakterystyki statyczne katalogowe tranzystora BC 107
10
45uA
9
40uA
Ic [mA]
8
7
6
35uA
5
25uA
4
20uA
30uA
3
15uA
Q
2
10uA
1
Ib=5uA
0
0
5
10
15
20
Uce [V]
Rys. 2. Współrzędne punktu pracy bipolarnego wzmacniacza napięcia
Załącznik 2
Wyposażenie stanowiska do sprawdzenia poprawności działania bipolarnego
wzmacniacza napięcia
1. Zasilacz napięcia stałego stabilizowany 0÷30V, 1A – szt. 1
2. Generator funkcyjny sinus/prostokąt/trójkąt z wyświetlaczem
wyjściowej, fmax = 2MHz, UWYpp = 1mV÷10V – szt. 1
3. Oscyloskop dwukanałowy – szt. 1
4. Miernik zniekształceń harmonicznych – szt. 1
5. Multimetr wielozakresowy V/A/Ω, AC/DC – szt. 1
6. Rezystor dekadowy (0,1÷1M)Ω – szt. 2
7. Zestaw sond pomiarowych i przewodów połączeniowych
częstotliwości
Załącznik 3
Wyniki pomiarów uzyskane podczas uruchomienia i sprawdzenia poprawności
działania bipolarnego wzmacniacza napięcia
1. Pomiar charakterystyk dynamicznych
Pomiary charakterystyki przejściowej wykonano przy obciążeniu wyjścia rezystancją
ROBC = 5,5kΩ i przy częstotliwości sygnału wejściowego f = 1kHz. Jednocześnie dla
sygnału wyjściowego zmierzono współczynnik zniekształceń całkowitych THD.
Tabela 1. Wyniki pomiarów UWY = f(UWE) i THD = f(UWE) przy ROBC = const i f = const
Lp.
UWE [mV]
UWY [V]
THD [%]
1.
1
0,1
0,9
2.
5
0,5
1,1
3.
10
1,0
2,0
4.
15
1,45
3,0
5.
20
1,9
5,0
6.
25
2,2
11,0
7.
30
2,5
16,3
Strona 3 z 5
Wzmacniacz napięcia – zadanie
2. Pomiar rezystancji wejściowej dla sygnałów zmiennych
Pomiary rezystancji wejściowej wykonano przy obciążeniu wyjścia rezystancją
ROBC = 5,5kΩ i przy napięciu sygnału wejściowego UWE = 15mV o częstotliwości f = 1kHz.
Tabela 2. Wyniki pomiarów rWE przy ROBC = const, UWE = const i f = const
Lp.
Rd [Ω]
UWY [V]
1.
0
1,45
2.
500
1,25
3.
1k
1,13
4.
1,5k
1,10
5.
2k
0,91
6.
2,5k
0,83
7.
3k
0,74
8.
3,5k
0,71
9.
4k
0,66
10.
4,5k
0,62
11.
5k
0,58
3. Pomiar rezystancji wyjściowej dla sygnałów zmiennych
Pomiary rezystancji wyjściowej wykonano bez obciążenia wyjścia rezystancją obciążenia
ROBC = ∞ i przy napięciu sygnału wejściowego UWE = 15mV o częstotliwości f = 1kHz.
Tabela 3. Wyniki pomiarów rWY przy ROBC = ∞, UWE = const i f = const
Lp.
Rd [Ω]
UWY [V]
1.
1M
1,90
2.
100k
1,87
3.
10k
1,62
4.
8k
1,56
5.
6k
1,48
6.
4k
1,33
7.
2k
1,00
8.
1,5k
0,90
9.
1k
0,70
4. Pomiar współrzędnych punktu pracy
Pomiary wykonano multimetrem na zakresie woltomierza DC, mierząc spadki napięć
w różnych punktach układu. Na podstawie wyników pomiarów należy obliczyć wartości
współrzędnych punktu pracy: UCE (napięcie między kolektorem i emiterem tranzystora),
IC (prąd kolektora tranzystora) oraz IB (prąd bazy tranzystora).
Tabela 4. Wyniki pomiarów pomocniczych do wyznaczenia UCE, IC oraz IB
UCC[V]
UBE [V]
URB1 [V]
URC [V]
napięcie zasilania napięcie beza emiter tranzystora spadek napięcia na rezystorze RB1 spadek napięcia na rezystorze RC
12
0,6
9
Strona 4 z 5
3,9
ARTUR KŁOSEK RCEZ BIŁGORAJ
5. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej
Pomiary charakterystyki częstotliwościowej wykonano przy obciążeniu wyjścia rezystancją
ROBC = 5,5kΩ i przy napięciu sygnału wejściowego UWE = 15mV.
Tabela 2. Wyniki pomiarów KU = f(f) przy ROBC = const i UWE = const
Lp.
f [Hz]
UWY [V]
1.
10
0,11
2.
30
0,33
3.
50
0,60
4.
100
1,08
5.
300
1,44
6.
500
1,47
7.
1k
1,52
8.
3k
1,53
9.
30k
1,53
10.
100k
1,50
11.
300k
1,35
12.
500k
1,08
13.
1M
0,60
14.
2M
0,33
Strona 5 z 5