Úloha SK

Tranzistor v zapojení SK.

Na obrázku 0 je príklad zapojenia zosilňovacieho obvodu s tranzistorom , ktoré má pracovný odpor pripojený v emitorovom obvode a signál sa odoberá z emitora. Kolektor tranzistora je pripojený priamo na zdroj jednosmerného napätia. Z hľadiska náhradného obvodu (F) pre malý (striedavý) signál (ktorý sa vytvorí nahradením nezávislých jednosmerných zdrojov napätia ich vnútornými odpormi, teda v prípade ideálnych zdroja napätia skratom F) predstavuje kolektor spoločný vývod pre vstupnú a výstupnú časť náhradného obvodu a preto sa takéto zapojenie nazýva zapojenie so spoločným kolektorom (SK). Z hľadiska prenosových vlastností (F napäťové zosilnenie blízke jednotke, takže výstupný signál je prakticky zhodný so vstupným signálom alebo inými slovami povedané sleduje vstupný signál) sa takéto zapojenie tranzistora nazýva aj emitorový sledovač.
Obr. 0a. Vytvorenie predpätia pre sledovač pomocou deliča R1, R2 (prúd pretekajúci cez delič jel podstatne (5 až 10 x)väčší ako prúd tečúci do bázy).
Obr. 0b. Príklad zlého návrhu predpätia pre tranzistor, ktoré je citlivé na rozptyl koeficienta prúdového zosilnenia bF.

Na prvý pohľad je emitorový sledovač (F) so svojim napäťovým zosilnením Au~1 a prúdovým zosilnením Ai~ bF zbytočné zapojenie. Sledovač má však podstatne väčšiu vstupnú impedanciu (Zvs~Rvs~rp+(b+1)RE) ako výstupnú (Zvys~Rvys~(rp+Rg)/(b+1)) a preto zdroj vstupného signálu (s vnútorným odporom Rg) potrebuje odovzdať menší výkon ak záťaž zapojíme cez sledovač. 
 

Nastavenie potrebného predpätia pre pracovný bod v stave pokoja emitorového sledovača.

  1. Jednou z možností (spôsob sa používa v úlohe 4 a 5) vytvorenia správne polarizovaného predpätia je spôsob podobný tomu ako sa nastavuje pokojový pracovný bod v zapojení so spoločným emitorom pomocou deliča R1, R2 (obr.0a) tak, aby prúd pretekajúci cez delič bol podstatne väčší ako prúd tečúci do bázy – napr. v súhlase s podmienkou R1||R2<<bFRE.

  2.  
  3. Iný spôsob (použitý v úlohe 1 až 3) ak zdroj signálu má jednu svoju svorku uzemnenú je použitie dvoch zdrojov napájania (obr.0c). Predpätie na bázu sa privádza buď priamo cez zdroj signálu (obr.0ca) alebo v prípade bez jednosmernej väzby s väzobným kondenzátorom (obr.0cb) je voľba pre odpor medzi bázou a zemou RB~ bFRE.
(a) (b)
Obr. 0c. Polarizovanie PN prechodov sledovača pomocou dvoch zdrojov Ucc a Uee. (Potenciál bázy a emitora sú blízke 0V)




Príklad 1 - návrh parametrov v zapojení sledovača.

Napríklad pri návrhu zapojenia podľa obrázku pre frekvenčnú oblasť zvukových signálov (od 20Hz po 20kHz), pre pracovný bod tranzistora s emitorovým prúdom IE=1mA a napájacim napätím Ucc=15V možno postupovať nasledovne. (Pri návrhu predpokladáme, že súčiniteľ prúdového zosilnenia stanoveného pre zapojenie so spoločným emitorom (SE) bF~100. Obecne sa však nedoporučuje orientovať pri návrhu pracovného bodu tranzistora priamo na koeficient bF, nakoľko jeho hodnota môže mať podstatný rozptyl u jednotlivých tranzistorov (obr. 0b). V návrhu je použité napájanie bázy sledovača (obr. 0a) z „tvrdého“ deliča R1, R2 , ktorá udržuje pomerne stále napätie na báze a tak podstatne redukuje vplyv rozptylu hodnôt koeficienta bF na prúd bázy.)

  • Pretože vstupný signál je bipolárny zvoľme jednosmerné napätie na emitore UE=0,5Ucc=7,5V.
  • Pre nastavenie potrebného prúdu v stave pokoja IE=1mA zvolíme odpor RE=7,5kW.
  • Potrebné napätie na báze (Si tranzistora) UB=UE+0,6V=8,1V možno dosiahnuť pri pomere odporov R1:R2=1:1,17 napr. tak, že R1=130kW a R2=150kW (použijúc podmienku R1||R2~0,1bFRE=75kW).
  • Voľba väzobného kondenzátora C1. Vstupný odpor sledovača (~bFRE~750kW) spolu s odporom R1||R2~70 kW tvoria výsledný odpor R~63kW filtra vysokých frekvencii RC1. Požadujeme, aby sledovač prenášal frekvenciu 20Hz s poklesom ~ -3dB, takže musí byť C1 aspoň 0,15mF.
  • Voľba väzobného kondenzátora C2. Kondenzátor C2s zatiaľ nešpecifikovaným vstupom RL ďalšieho stupňa tvoria filter vysokých frekvencii RLC2 (výstupný odpor sledovača<< RL) Nedopustíme sa veľkej chyby ak budeme predpokladať, že RL=<RE. Pretože požadujeme, aby sledovač prenášal frekvenciu 20Hz s poklesom ~-3dB, musí byť C2aspoň 1mF.
  • Nakoľko výsledný filter vysokých frekvencii RC1+ RLC2 je dvojvstupňový (fd=(fd1.fd1)0,5) treba zobrať o niečo väčšie kapacity, napr. C1=0,5mF, C2=3,3mF.
Úloha 1a (obr.1) ilustruje potrebu správneho polarizovania PN prechodov tranzistora. Konkrétne v danom zapojení pri amplitúde vstupného signálu menšej ako 0,6V (pre Si tranzistor) prestáva byť prechod báza emitor polarizovaný vo vodivom smere a dôjde k obmedzeniu amplitúdy striedavého vstupného signálu 



Príklad 2 - návrh náhradného obvodu sledovača.

Jednosmerné pracovné podmienky tranzistora možno určiť pomocou veľkosignálneho náhradného obvodu na obr.0d_a. Napríklad prenos jednosmerných napätí zo vstupu Ug na výstup U2 možno charakterizovať (samozrejme za predpokladu, že impedancia  predstavovaná kondenzátorom |1/jwC1|-->0):

Pre malé zmeny signálu je v hodný model zobrazený na ďalšich obrázkoch 0d_b - 0d_d. 
Obr. 0d. Náhradný obvod emitorového sledovača (podobného zapojeniu na obr. 0b).
  1. Pre veľký signál - pre stanovenie jednosmerných pracovných podmienok tranzistora;
  2. Pre malý signál - pre stanovenie prúdového a napäťového zosilnenia.

  3. Označenie použité na obrázku: 
    beta_F*IB=bF*IB; g_m*u_pi=gm*up; r_pi=rp; u_pi=up; u_2=u2

 
Obr. 0d. Náhradný obvod emitorového sledovača.
  • (c) Pre stanovenie výstupného odporu;
  • (d) Pre stanovenie vstupného odporu;

  • Označenie použité na obrázku: 
    beta_F*IB=bF*IB; g_m*u_pi=gm*up; r_pi=rp; u_pi=up; u_2=u2.

S pomocou uvedených náhradných obvodov možno určiť niektoré základné vzťahy, charakterizujúce činnosť emitorového sledovača. 

Na stanovenie výstupného odporu sledovača bol použitý pomocný zdroj napätia un, ktorý umožňuje udržať v rovnakých podmienkach činnosť neautonómneho zdroja gm*up  aj po odstránení (nahradení skratom) nezávislých zdrojov napätia  Ucc a Ug z obvodu.



µ Cieľom tejto úlohy praktika

je teda demonštrácia funkcie bipolárneho tranzistora v zapojení so spoločným kolektorom (SK), predovšetkým overenie:

správneho nastavenia jednosmerných pracovných podmienok tranzistora;
charakteristických parametrov náhradného obvodu sledovača;
funkcie vstupného filtra s kondenátorom C1 ;
funkcie výstupného filtra s kondenátorom C2 .
Pravdepodobne sa texte uvedené zapojenia simulovaných obvodov budú odlišovať hodnotami súčiastok od zapojení, ktoré si vlastnoručne zhotovíte. Ovšem na základe v ďalšom uvedeného postupu predpokladám, že sa Vám podarí dosiahnuť podobné výsledky meraní.


µEmitorový sledovač s jednosmernou väzbou.

Správna funkcia tranzistora (F) vyžaduje aby dióda báza - emitor (BE) bola polarizovaná v priepustnom smere a dióda báza kolektor (CE) zase polarizovaná v nepriepustnom smere (pre tranzistor typu NPN na obrázku je polarita napájacieho napätia Ucc=+10V (pripojeného ku kolektoru) kladná voči emitoru (ktorý je pripojený na zem). Pre majoritné nosiče náboje v oblasti bázy - diery je teda prechod CE polarizovaný v závernom smere.) Podmienka vodivosti prechodu BE v obvode na obrázku 1a je len čiastočne splnená, pretože chýba jednosmerné predpätie pre diódu báza emitor.

Vstupné napätie má harmonický tvar, takže z nameraných priebehov napätí na obrázku 1b, resp. z ich porovnania možno získať informáciu o type materialu tranzistora. (Pre vodivú diódu báza - emitor v germániovom tranzistore je UBE=UDF~0,2V, pre kremíkový tranzistor je UBE=UDF~0,65V). Na základe oscilogramu obmedzenej amplitúdy výstupného napätia na obrázku 1b zrejme je použitý kremíkový tranzistor. (F)
 
 
obr.1.
 
 

Obr. 1 a Ilustračné zapojenie emitorového sledovača s jednoduchým obvodom napájania bázy, ktorý nemôže zabezpečiť (obrázok 1.b.) rovnaké pracovné podmienky pre obe polarity vstupného signálu.


 
obr.1b.
Obr. 1 b Ilustrácia prenosu signálu zo vstupu na výstup v zapojení z obrázku 1.a.. Signál sa na výstupe objaví až vtedy keď je jeho amplitúda U1b > UBE (pre kremíkový tranzistor je UBE ~ 0,6 V, pre germániový tranzistor je UBE ~ 0,2 V), pretože až vtedy začína tiecť bázový prúd a tranzistor sa stavá funkčný ako zosiľňovač (F)

 
 
 

uJednosmerné pracovné podmienky tranzistora.


Nedokonalosť predchádzjúceho zapojenia je odstránená v zapojení na obrázku 1c pridaním ďalšieho zdroja napätia Uee=-10V, ktorý zabezpečí správne polarizovanie prechodu BE a tým aj nastavenie pracovného bodu tranzistora. (Trochu špecialne je napájanie báze tranzistora. Bázový odpor RB je totiž cez vnútorný odpor generátora pripojený na potencial zeme 0V. V prípade, že sa generátor odpojí poruší sa nastavenie režimu tranzistora !)
 
 
obr.1c. Obr. 1c. Zapojenie emitorového sledovača s jednoduchým obvodom napájania bázy. Vďaka použitiu zdroja Uee=-10V v emitorovom obvode sú zabezpečené rovnaké pracovné podmienky pre obe polarity vstupného signálu;

 
Obr. 1d. ilustrácia výpisu nameraných hodnôt simulovaného merania a parametrov náhradného obvodu tranzistora Q1 v zapojení na obr. 1c. Kvôli zjednodušeniu bol v uvedenom meraní použitý jednoduchší nf náhradný obvod tranzistora Q1s kapacitami jeho PN prechodov Cp  = 0 a Cm = 0 a ideálnymi frekvenčnými vlastnosťami (veľmi vysokou tranzitnou frekvenciou fT(F).
Symbol ./* požitý v tabuľke upozorňuje, že bol použiý nf model tranzistora.
NAME  Q_Q1 
MODEL  Q2N2222 
IB  6.74E-06 
IC  1.08E-03 
VBE  6.46E-01 
VBC  -6.11E+00 
VCE  6.76E+00 
bF = BETADC  1.60E+02 
gm = GM  4.15E-02 
rp  = RPI  4.26E+03 
RX  0.00E+00 
RO  7.44E+04 
Cp = CBE  0.00E+00 /*
Cm = CBC  0.00E+00 /*
CJS  0.00E+00 /*
b0 = BETAAC  1.77E+02 
CBX  0.00E+00
fT = FT  6.61E+17 /*

Na základe odmerania jednosmerných napätí na báze UB a na emitore UE (napríklad pri simulovanom meraní obvodu na obrázku 1c odmerané UB=-3,2V a UE=-3,8V) a použitých odporov možno určiť prúdy cez tranzistor ako aj ďalšie parametre náhradného obvodu tranzistora (F  statický zosilňovací činiteľ bF  v zapojení SE, strmosť gm, vstupný odpor rp a pod., podobne ako zobrazuje výpis na obrázku 1d). Pomocou takto určených parametrov náhradného obvodu tranzistora možno potom vypočítať (skontrolovať) ďalšie parametre emitorového sledovača (napätový a prúdový zisk, vstupný a výstupný odpor tranzistora a pod., ktoré budete v ďalšom merať a stanovovať.) Na záver potom nezabudnite porovnať vypočítané charakteristické parametre zosilňovacieho obvodu s nameranými.
 
 
 
 

u Meranie s generátorom harmonického signálu.

Za prepokladu, že ste po zaletovaní zapojenia už spokojný(á) s nastavenými pracovnými podmienkami tranzistora, (napätiami odmeranými jednosmerným voltmetrom a prúdmi, ktoré z dôvodov uvedených v úvodnej úlohe (F) nemeriame priamo ale stanovujeme prepočtom pomocou Ohmovho zákona) môžte pristúpiť ku kontrole zapojenia pomocou generátora harmonického signálu. Na meranie amplitúd striedavých signálov použite osciloskop. Meranie síce nebude príliš presné (max. presnosť ~5%) ale bude názorné. (Vhodná frekvencia na meranie, pri ktorej sa neprejavujú obmedzenia prenosu vyššich frekvencii cez tranzistor je frekvencia f~500Hz-1kHz. Pri nižších frekvenciach nie je už zobrazovanie na osciloskope také bezproblémové a môže byť sprevádzané tiež rušením siete tzv. brumom s frekvenciou f~50Hz).
 
 
 

Vstupný odpor sledovača Rvst.

Obrázok 2 ilustruje spôsob, ktorý sa použije v úlohe praktika na odmeranie vstupného a výstupného odporu sledovača pri určitej frekvencii harmonického signálu.
 
obr.2ab.
Obr. 2a. Náhradný obvod pre určenie vstupného odporu Rvst; Obr 2b. Náhradný obvod pre určenie výstupného odporu Rvyst

 
obr.2c.
Obr. 2c. Ilustrácia nameraných amplitúd vstupného signálu Uin=U1 a amplitúdy signálu na báze tranzistora U1b, pomocou ktorých bol v meraní stanovený úbytok amplitúdy napätia DURB= U1-U1b na odpore RB=10kW , určená amplitúda bázového prúdu Ib=DURB/RB a následne určený vstupný odpor sledovača Rvst= U1b/ Ib pri frekvencii f = 1250 Hz a pri odpojenej záťaži RL.

Na základe odmerania amplitúd vstupného signálu U1 a amplitúdy signálu na báze tranzistora U1b (obrázok 2c) možno pomocou úbytku amplitúdy napätia DURB=U1-U1b na odpore RB=10kW určiť amplitúdu bázového prúdu Ib=DURB/RB , tečúceho cez tento odpor. (Pri meraní amplitúd pomocou osciloskopu treba použiť striedavý vstup osciloskopu, aby bolo možno jednoduchšie porovnať priebehy. Cez odpor totiž tečie ešte aj jednosmerný prúd bázy IB, ktorý definuje pracovný bod tranzistora v dôsleku čoho sa môže meniť poloha zobrazenia na osciloskope.) Nakoľko do bázy tranzistora vstupuje všetok striedavý prúd Ib z generátora (nie je tam žiadne rozvetvenie prúdu, napríklad do deliča) možno jednoducho s pomocou odmeranej amplitúdy napätia na báze tranzistra U1b určiť vstupný odpor sledovača Rvst pre harmonický signál o použitej frekvencii (a samozrejme aj pri určitej záťaži RL.)
 
Rvst= U1b/Ib

 
 

Napäťové a prúdové zosilnenie sledovača.

Pre názornosť je na obrázku 2d znázornené porovnanie amplitúd na vstupe Uin=U1, na báze U1b a na výstupe out2 Uout. Na základe takéhoto merania možno stanoviť priamo napäťový zisk (napäťové zosilnenie pri určitej frekvencii) emitorového sledovača Au = Uout/Uin, resp. napäťový zisk samotného tranzistoru AuT = Uout/ U1b. (Vlastne neide o zisk ale o zoslabenie, pretože principialne Au < 1.)
 
obr.2d.
Obr. 2d. Ilustrácia nameraných amplitúd vstupného signálu Uin=U1 a amplitúdy signálu na báze tranzistora U1b a amplitúdy výstupného signálu Uout, pomocou ktorých bol v meraní stanovený napäťový zisk sledovača Au=Uout/Uin (resp. napäťový zisk samotného tranzistora AuT=Uout/Ub) a prúdový zisk sledovača Ai =Ie/Ib .pri frekvencii f = 1250 Hz a pri odpojenej záťaži RL.

Obdobne pomocou vypočítaných amplitúd emitorového signálu Ie=Uout1/RE a amplitúdy bázového signálu Ib možno stanoviť prúdový zisk (prúdové zosilnenie pri určitej frekvencii) emitorového sledovača Ai=Ie/Ib - 1.
 
obr.3a. Obr 3a.
 
obr.3b. Obr 3b.
Obr. 3. Ilustrácia nameraných amplitúd vstupného signálu Uin=U1 a amplitúdy výstupného signálu Uout, odmeraných pri frekvencii f =1250Hz pri:
  • pripojenej záťaži R=1W;
  • pripojenej záťaži RL=100W;

 
 
 

Výstupný odpor sledovača Rvyst.

Podľa náhradného obvodu na obrázku 2b je meranie výstupného odporu Rvyst založené na odmeraní amplitúdy napätia na výstupe pri rôznych odporoch záťaže RL. (Záťaž RL musí byť jednosmerne oddelená pomocou oddeľovacieho kondenzátora Cv2 = C1 od emitora. Inač by došlo k narušeniu nastavenia jednosmerných pracovných podmienok sledovača.)

Obrázky3a a 3b ilustrujú zmenu amplitúdy na výstupe out2 pri rôznej veľkej záťaži RL. Pomocou odmeraných amplitúd naprázdno U20 (na výstupe out1 bez prítomnosti zaťažovaceho odporu RL) a amplitúdy U2 so zaťažovacím odporom RL (na výstupe out2) možno stanoviť výstupný odpor sledovača pri danej frekvencii merania.
 
Rvys = RL(U 20 - U2 )/U2

Pri meraní amplitúdy výstupného signálu na výstupe out2 sme mlčky predpokladali, že kapacita oddeľovacieho kondenzátora Cv2 = C1 je vhodne volená s ohľadom na frekvenciu použitého signálu. Obrázok 3c znázorňuje priebeh amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky (F) výstupného obvodu sledovača. Dolná hraničná frekvencia fd=1/(2pt) tejto charakteristiky závisí od časovej konštanty výstupu t=(Rvyst+RL)C1~RLC1 . Ak je teda kondenzátor C1 vhodne zvolený je jeho impedancia |1/wC1| pri frekvencii merania zanedbateľne malá a na kondenzátore nedochádza k úbytku amplitúdy napätia o čom sa možno jednoducho presvedčiť pomocou osciloskopu (napríklad na obrázku 3c pre frekvencie vyššie ako 10 kHz).
 
 
obr.3c.
Obr. 3c. Amplitúdová frekvenčná charakteristika sledovača, na priebeh ktorej má vplyv väzobný obvod s kondenzátorom Cv2 = C1.

 

Troška zložitejší je spôsob na rýchle jednorázové stanovenie dolnej hraničnej frekvencie fd, ktorý používame v praktiku. Pre hornopriepustný filter CR postup spočíva na osciloskopickom porovnaní nejakého referenčného prenosu (napríklad o hodnote A pri frekvencii ~ 100 kHz) a prenosu Ad pri vhodne najdenej nižšej frekevencii fd (ktorú treba experimentálne určiť tak, že prenos Ad pri tejto frekvencii bude Ad = 0,7 A (F). Napríklad na obrázku 3c pre frekvencie vyššie ako 10 kHz je už amplitúda výstupného signálu U2  blízka vstupnej amplitúde U1 (prenos A=U2/U1@1), takže sa neuplatnil vplyv výstupného derivačného článku C1RL a signál sa vplyvom impedancie kondenzátora |1/wC1| nezmenšuje (čo pokladáme za vhodné kritérium pre voľbu kapacity C1pre tento prípad).

Okrem vplyvu výstupného odporu sledovača Rvys na amplitúdu výstupného signálu môže sa prejaviť jeho vplyv aj na tvar impulzov na výstupe sledovača (F).
 
 
[Návrat]
 

µ Emitorový sledovač s oddeľovacím kondenzátorom na vstupe.


Na rozdiel od zjednodušeného zapojenia na obrázku 1 v zdokonalenej modifikácii obvodu sledovača na obrázku 4a je použitý na vytvorenie predätia pre bázový prúd delič R1 - R2 , na základe čoho stačí použiť len jeden napájací zdroj napätia Ucc=10V. Dôsledkom uvedeného spôsobu nastavenia pracovného bodu je prítomnosť ďalšieho oddeľovacieho kondenzátora Cv1 = C1. (Na rozdiel od obrázku 1 bude záťaž na výstupe pripojená pomocou ďalšieho kondenzátora Cv2 = C2.)

Na základe odmerania jednosmerných napätí na báze UB a na emitore UE (napríklad pri simulovanom meraní obvodu na obrázku 4a odmerané napätia UB = 4 V a na emitore UE = 3,4 V) a použitých odporov možno určiť prúdy cez tranzistor ako aj ďalšie parametre náhradného obvodu tranzistora (F   statický zosilňovací činiteľ bF v zapojení SE, strmosť gm, vstupný odpor rp a pod., podobne ako pri predošlom meraní na obrázku 1d). Pomocou takto určených parametrov náhradného obvodu tranzistora možno potom vypočítať (skontrolovať) ďalšie parametre emitorového sledovača (napätový a prúdový zisk, vstupný a výstupný odpor tranzistora a pod., ktoré budete v ďalšom merať.) Na záver potom možno vypočítané charakteristické parametre zosilňovacieho obvodu porovnať s nameranými.

Teda postup a aj spôsob merania vstupného a výstupného odporu sledovača, prúdového a napäťového zisku je obdobný ako v predošlom meraní až na dve odlišnosti pri:

Meraní vstupného odporu;
Kontrole vplyvu oddeľovacích kondenzátorov C1 a C2 na frekvenčnú charakteristiku prenosu.
obr.4a.
Obr. 4a. Zapojenie emitorového sledovača s napájaním bázy pomocou deliča R1 - R2. Vďaka použitiu deliča nemusí byť potrebné predpätie pre tranzistor zabezpečené z pomocného zdroja Uee v emitorovom obvode (ako v zapojení na obrázku 1c) a odpor RE môže byť uzemnený. Dôsledkom použitia deliča R1 - R2 je nenulové jednosmerné napätie na báze tranzistora a potreba jednosmerného oddelenie zdroja signálu od tranzistora pomocou oddeľovacieho kondenzátora C1. (Na prenosové vlastnosti sledovača budú mať okrem tranzistora vplyv oba oddeľovacie kondenzátory C1 a C2). V simulovanom meraní bol použitý rovnaký nf náhradný obvod tranzistora Q1 s ideálnymi frekvenčnými vlastnosťami ako na obrázku 1 (s kapacitami jeho PN prechodov Cp=0 a Cm=0 a veľmi vysokou tranzitnou frekvenciou fT ).

 
 
 

u Vstupný odpor zosilňovača Rvst.

Vstupné napájanie bázy tranzistora je na obrázku 4a odlišné od zapojenia na obrázku 1c v dôsledku zvoleného spôsobu nastavenia pracovného bodu pomocou odporového deliča R1-R2 a prítomnosti oddeľovacieho kondenzátora Cv1 = C1. Aby nedošlo k skresleniu výsledkov merania treba merať vstupný odpor pri takej frekvencii harmonického signálu, pri ktorej nedochádza k ohraničenému prenosu nízkych frekvencii signálu.

Pretože na vstupe sledovača teraz existuje odporový delič R1-R2 treba rozlišovať celkový vstupný odpor sledovača Rvst a vstupný odpor samotného tranzistora RvsT.

Na základe osciloskopického odmerania amplitúdy vstupného signálu U1 a amplitúdy signálu na báze tranzistora Ub = U1b možno pomocou úbytku amplitúdy napätia DURB=U1-U1b na odpore RB=10kW určiť amplitúdu prúdu Ibd = DURB/RB , tečúceho cez tento odpor, podobne ako v predošlom zapojení. Pomocou amplitúdy prúdu Ibd a odmeranej amplitúdy napätia na báze tranzistra U1b možno určiť celkový vstupný odpor sledovača pre harmonický signál o použitej frekvencii:
 
Rvst= RvsT & R1 & R2 = U1b /Ibd

Pre určenie vstupného odporu tranzistora RvsT potrebujeme určiť prúd Ib signálu vstupúci do bázy, respektíve aj druhú súčasť prúdu Ibd = Ib-Id , t.j. prúd Id odvetvujúci sa do deliča R1 - R2. (Pre zopakovanie prúd Ibd sa rozdelí v pomere vodivostí 1/R12a 1/RvsT, takže do bázy potečie časť Ib=R12Ibd/(R12+RvsT) a do deliča časť prúdu Id= U1b/R12 , kde použité označenie predstavuje výsledný odpor R12 = R1&R2 =  (R1R2 )/(R1+ R2) paralelného spojenia odporov R1&R2 a RvsT  je vstupný odpor samotného tranzistora). Potom vstupný odpor samotného tranzistora:
 
 
RvsT= U1b /( Ibd -Id )

 
obr.4b.
Obr.4b. Ilustrácia vplyvu oddeľovacích derivačných obvodov a kondenzátormi C1 a C2 v zapojení na obrázku 4a. Rozhodujúci vplyv na tvar signálu v danom prípade má výstupný obvod.

 
 
 

u Kontrola funkcie oddeľovacích kondenátorov C1 a C2.

Dôsledkom zvoleného spôsobu nastavenia pracovného bodu pomocou odporového deliča R1 - R2 je prítomnosť oddeľovacieho kondenzátora C1 a následné ohraničenie prenosu nízkych frekvencii signálu. Prenosové vlastnosti v oblasti nízkych frekvencii teraz budú ohraničovať CR obvody na vstupe (s kapacitou Cv1=C1) a tiež obvod s kondenzátorom Cv2=C2 umožňujúci pripojenie záťaže.

Je teda treba sa presvedčiť o správnej voľbe oddeľovacích kondenzátorov C1 a C2. V prípade ak ste použili rovnaký výstupný derivačný obvod C2RL ako v predošlom zapojení na obrázku 1c (ktorý mal dolnú hraničnú frekvenciu fd2) stačí sa už len presvedčiť o spravnosti voľby vstupného oddeľovacieho kondenzátora C1, teda nájsť dolnú hraničnú frekvenciu vstupného obvodu fd1). Použite rovnaký spôsob rýchleho jednorázového stanovenia dolnej hraničnej frekvencie fd, aký ste použili v predošlej časti merania. (Pre hornopriepustný filter CR postup spočíva na osciloskopickom porovnaní nejakeho referenčného prenosu (napríklad o hodnote A pri frekvencii ~1 kHz) a prenosu Ad pri vhodne najdenej nižšej frekevencii fd (ktorú treba experimentálne určiť tak, že prenos Ad pri tejto frekvencii bude Ad=0,7A (F). Napríklad na na obrázku 4b pre frekvencie vyššie ako 1 kHz je už amplitúda výstupného signálu U2  blízka vstupnej amplitúde U1 (prenos A=U2/U1@1), takže sa neuplatní vplyv vstupného derivačného článku s kondenzátorom C1  a signál sa vplyvom impedancie kondenzátora |1/wC1| nezmenšuje (čo pokladáme za vhodné kritérium pre voľbu kapacity C1 pre tento prípad).
 
 

Pri celkovom vyhodnotení potom môžu nastať možnosti vzájomného vzťahu frekvencii:

  • fd1< fd2 a rozhodujúci vplyv má výstupný obvod C2RL;
  • fd1 > fd2 a rozhodujúci vplyv má vstupný obvod C1(RB+Rvs), kde Rvs=R1&R2&RvsT  (symbol & je použitý na skrátené označenie paralelného spojenia odporov).
  • fd1~fd2 a oba obvody majú rovnaký vplyv, čo sa prejaví na výslednej dolnej hraničnej frekvencii fd (obecne pre n obvodov s hraničnou frekvenciou fdi  je výsledná fd~fdi(n)0.5)
[Návrat]
 

 

Záverečné zhodnotenie merania.

Na záver treba ešte pre kontrolu porovnať odmerané údaje s vypočítanými, najmä:
  • parametre tranzistora na základe odmeraných jednosmerných napätí UE, UB:
Prúd deliča Id= UB/R2
Bázový prúd IB=(Ucc-UB)/R1-Id
Emitorový prúd IE=UE/RE
Kolektorový prúd IC=IE-IB
Prúdový zosilnovací činiteľ bF=IC /IB
Strmosť gm=0,04IC
Vstupný odpor náhradného obvodu rp=b0/gm
Náhradný odpor R12=(R1R2/(R1+R2)=R1&R2

 
  • vstupný odpor RvsT a výstupný odpor tranzistora RvysT v sledovači (pri odpojenom RL a pri RB=0):
Rvst=R1&R2&RvsT
RvsT=rp+RE(bF+1) 
RvysT=RE&(rp/(bF+1))

 
  • prúdový AiT a a napäťový zisk AuT samotného tranzistora:.
AiT~(bF+1)
AuT=U2/U1b=RE /[ rp/(bF+1)+RE ]

 
  • dolné hraničné frekvencie fd spôsobené derivačnými článkami s kondenzátormi C1 a C2;
fd1=1/(2pC2(RB0+Rvst)),    kde Rvst=RvsT&R1&R2
fd2=1/(2pC2(RL+RvysT))

A nezabudnite sa pochváliť, resp. uviesť príčiny, ktoré ovplyvnili Vaše merania.
 
 
 
 

Literatúra ( základná, v ktorej sú podrobnejšie uvedené potrebné vzťahy a pojmy.):

Dušan Kollár: Praktikum z elektroniky a automatizacie, skriptá MFFUK, 1991.
úlohy: 1c4, 1c5, 1c8
Dušan Kollár: Elektronika a automatizácia 1, skriptá MFFUK, 1990, str. 110 - 129.
[Návrat]