amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

12
111 LUCRAREA NR. 9 AMPLIFICATOR DE JOASĂ FRECVENŢĂ CU TECJ CANAL n, ÎN MONTAJ SURSĂ COMUNĂ ŞI CUPLAJ RC 1.Introducere. Amplificatoarele de joasă frecvenţă acoperă domeniul Hz Hz 6 10 1 incluzând domeniul audio KHz Hz 20 20 .Realizarea acestora cu TECJ permite obţinerea unor impedanţe de intrare ridicate M Z in 1 necesară în aplicaţii la care sursa de semnal debitează puteri foarte mici. Există mai multe tipuri de amplificatoare cu TECJ care asigură diferite performanţe. 2.Schema electrică a amplificatorului. În figura 1 este prezentată schema unui amplificator de joasă frecvenţă cu cuplaj RC realizat cu un tranzistor cu efect de câmp cu poartă joncţiune cu canal tip n (TECJ canal n) Fig.1 Schema electrică a amplificatorului de joasă frecvenţă cu cuplaj RC ,realizat cu tranzistor TECJ cu canal n.

Upload: truongnga

Post on 05-Feb-2017

316 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

111

LUCRAREA NR. 9

AMPLIFICATOR DE JOASĂ FRECVENŢĂ CU TECJ

CANAL n, ÎN MONTAJ SURSĂ COMUNĂ ŞI CUPLAJ RC

1.Introducere.

Amplificatoarele de joasă frecvenţă acoperă domeniul

HzHz 6101 incluzând domeniul audio KHzHz 2020 .Realizarea

acestora cu TECJ permite obţinerea unor impedanţe de intrare ridicate

MZ in 1 necesară în aplicaţii la care sursa de semnal debitează

puteri foarte mici. Există mai multe tipuri de amplificatoare cu TECJ

care asigură diferite performanţe.

2.Schema electrică a amplificatorului.

În figura 1 este prezentată schema unui amplificator de joasă frecvenţă

cu cuplaj RC realizat cu un tranzistor cu efect de câmp cu poartă

joncţiune cu canal tip n (TECJ canal n)

Fig.1 Schema electrică a amplificatorului de joasă frecvenţă cu

cuplaj RC ,realizat cu tranzistor TECJ cu canal n.

Page 2: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

112

Semnalul provine de la generatorul de semnal, SV . Polarizarea

tranzistorului este asigurată prin curentul dat de sursa DDV ce trece

prin rezistorul DR , grupul de polarizare automată SS CR , şi rezistorul

GR care transmite la grilă polarizarea. Rezistorul GR previne şi o

eventuală „încărcare” electrostatică a porţii mult mai periculoasă la

tranzistoarele TECMOS. Condensatorul 1C asigură cuplajul genera-

torului de semnal la circuitul porţii (numai componenta alternativă).

Condensatorul 2C asigură extragerea semnalului amplificat spre

sarcină, blocând componenta continuă care asigură polarizarea

corectă.

Dacă TECJ este polarizat corect, în regiunea activă, semnalul

alternativ SV controlează curentul de drenă făcându-l să varieze după

aceeaşi lege ,căderea de tensiune pe rezistorul DR fiind preluată ca

semnal amplificat. În figura 2 se prezintă schema echivalentă

simplificată a amplificatorului din figura 1.

a) b)

Fig. 2 a) Schema echivalentă simplificată a amplificatorului .

b)Schema echivalentă transformată

Page 3: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

LUCRAREA NR.9 Amplificator de joasă frecvenţă cu TECJ, cu canal n

în montaj sursă comună cu cuplaj RC

113

În schema a) s-au făcut următoarele ipoteze simplificatoare. Sursa de

semnal având o rezistenţă internă mică iar impedanţa de intrare a

TECJ fiind foarte mare se consideră Sg VV Condensatorul 0C

modelează capacitatea sarcinii şi existenţa unor capacităţi în TECJ.

3.Calculul amplificării pe baza schemei echivalente

În scopul simplificării calculelor se introduc notaţiile:

00

04321

1;

1;;

RCj

RZ

CjZRZrZ Dd

(1)

21

2

ZZ

ZVV

g

ab

(2)

213 ZZZZ ab (3)

4ZZ

VI

ab

ab

(4)

421

42

4ZZZZ

ZZVZIV

ab

g

ieş

(5)

Se poate calcula amplificarea în tensiune:

421

42

ZZZZ

ZZ

V

VA

abg

ieş

V

(6)

Page 4: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

114

Înlocuind valorile mărimilor Z , se obţine:

000

00

0

1 RRrCjCj

rR

C

CRRRrRr

RRA

DddD

DdDd

DV

(7)

Ştiind că 1/0 CC acest raport se neglijează iar relaţia (7) se împarte

cu 00 RrRRRr dDDd şi se obţine /2/ expresia generală a

coeficientului de amplificare în tensiune:

g

d

VV

j

AA

11

0 (8)

cu: RCd 0 (9)

Ddg RrRC 00 (10)

0RRrR Dd (11)

Ştiind că: d

mr

g

(12)

Se poate scrie:

RgA mV 0 (13)

0VA reprezintă coeficientul de amplificare la frecvenţe medii.

Semnul minus arată că la acest tip de amplificator faza semnalului de

ieşire este rotită cu faţă de semnalul aplicat la intrare.

Page 5: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

LUCRAREA NR.9 Amplificator de joasă frecvenţă cu TECJ, cu canal n

în montaj sursă comună cu cuplaj RC

115

4. Caracteristici de frecvenţă.

Coeficientul de amplificare scris în formă complexă este:

0jV

jVV eAeAA T (14)

unde VA este modulul coeficientului de amplificare, iar T este

defazajul introdus care are două componente 0 defazajul

introdus de funcţionarea dispozitivului electronic utilizat la

amplificare şi -defazajul introdus de elementele de cuplaj RC.

Folosind expresia (8) a coeficientului de amplificare se obţine:

2

0

11

g

d

VV

AA

(15)

g

dT arctg

1

0 (16)

În relaţia (16) s-a ţinut cont că în conexiunea sursă comună

tranzistorul introduce un defazaj 0 .În practică sunt extrem de

utile reprezentările grafice ale mărimilor (15) şi (16). Frecvenţa se

reprezintă pe o scară logaritmică.

Page 6: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

116

Fig. 3 Caracteristici de frecvenţă ale amplificatorului cu cuplaj

RC a) amplitudine-frecvenţă ; b) fază – frecvenţă.

Analizând figura 3 se observă că într-un domeniu de frecvenţe

relativ larg, coeficientul de amplificare rămâne aproape constant la

valoarea 0VA ; pentru acelaşi domeniu de frecvenţe 0 ,deci

0T .La frecvenţe foarte joase 0f şi la frecvenţe foarte

înalte f ,la orice amplificator real cu cuplaj RC amplificarea

tinde la zero.

În cele ce urmează se particularizează funcţionarea

amplificatorului pe domenii de frecvenţă ţinând cont de valoarea

componentelor din circuit.

1)Frecvenţe medii

Condensatorul C are valori de ordinul 10 F ceea ce înseamnă că

reactanţa sa este neglijabilă şi el poate fi considerat un scurtcircuit.

Condensatorul 0C are valori de ordinul pF10 , la frecvenţe joase şi

medii are o reactanţă foarte mare şi poate fi neglijat pe schema

echivalentă. Schema echivalentă la frecvenţe medii poate fi ca în

figura 4 a.

Page 7: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

LUCRAREA NR.9 Amplificator de joasă frecvenţă cu TECJ, cu canal n

în montaj sursă comună cu cuplaj RC

117

Fig. 4 Scheme echivalente ale amplificatorului TECJ în montaj sursă

comună şi cuplaj RC: a) frecvenţe medii ; b) frecvenţe joase;

c) frecvenţe înalte.

RgA mV 0 (17)

RgA mV 0 (18)

0T (19)

În majoritatea montajelor reale DR 0R şi DR dr .Rezultă că :

DRR .Amplificarea devine:

DmV RgA 0 (20)

Page 8: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

118

Pentru unele tranzistoare dD rR 0R .În acest caz coeficientul de

amplificare devine :

dD

DV

rR

RA

0 (21)

2) Frecvenţe joase

Schema echivalentă este prezentată în figura 4 b.S-a neglijat capaci-

tatea 0C din ieşire. Observând inegalitatea evidentă :

d g

1 (22)

Se obţine:

f

fj

A

j

AA V

g

VVj

1

00

11

1

(23)

Unde s-a făcut notaţia:

0

12

1

2

1

CRf

g (24)

Rezultă :

2

1

0

1

f

f

AA V

Vj (25)

Page 9: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

LUCRAREA NR.9 Amplificator de joasă frecvenţă cu TECJ, cu canal n

în montaj sursă comună cu cuplaj RC

119

f

farctg 1 (26)

Banda de trecere a amplificatorului reprezintă gama şi frecvenţa

limitată de frecvenţele la care amplificarea devine 0,707 0VA (puterea

semnalului amplificat scade la jumătate din valoarea maximă).Dacă se

impune condiţia : 0707.0 VVj AA în (25) se obţine:

01

0

1 45,2

1

2

1

CRff

g

(27)

când 090, f

3.Frecvenţe înalte

Schema echivalentă este prezentată în figura 4 c .S-a neglijat

condensatorul C .

Considerând inegalitatea evidentă :

d g

1 (28)

rezultă din (8):

2

00

11

f

fj

A

j

AA V

d

VVi

(29)

unde s-a făcut notaţia :

RC

f0

22

1

(30)

Page 10: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

120

Rezultă :

2

2

0

1

f

f

AA V

Vi (31)

2f

farctgT (32)

Condiţia 0707,0 VVi AA conduce din (31) la:

02

0

2 45,2

1

2

1

RC

ffd

(33)

când 090, f

Banda de trecere a amplificatorului la 3 dB atenuare

0707,0 VViVj AAA ,este dată de :

123 ffB dB (34)

5. Studiul experimental al unui amplificator de joasă

frecvenţă cu TECJ canal n în montaj sursă comună şi cuplaj

RC

Se foloseşte un montaj realizat pe o planşetă care permite prin

intermediul unor comutatoare modificarea valorilor unor elemente

pasive.Schema electrică este prezentată în figura 5.

Montajul este prevăzut şi cu un stabilizator parametric de

tensiune care asigură corectitudinea funcţionării şi protecţie la

alimentare eronată(inversarea polarităţii sau depăşirea tensiunii de

alimentare prescrisă pentru tranzistor).

Page 11: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

LUCRAREA NR.9 Amplificator de joasă frecvenţă cu TECJ, cu canal n

în montaj sursă comună cu cuplaj RC

121

Fig. 5 Schema electrică a amplificatorului cu TECJ canal n în montaj

sursă comună şi cuplaj RC

În lista următoare se prezintă o variantă pentru valorile compo-

nentelor folosite.

400711 ND ; ZPLD 122 ; WR 5,0/1601 ; VFCE 25/100 ;

245BFTECJ ; GR ; SR ; DR ; 0R ; 1C

; VFC 25/10 ; VFC 25/100/ ; VFCS 25/10

VFCS 25/1000/

; VFC 25/10 ; VFC 25/10/

0

Tensiunea de alimentare recomandată este + .20VVDD Pentru ana-

liza funcţionării amplificatorului se foloseşte un aranjament

experimental ca cel din figura 6.

Se realizează montajul experimental din figura 6 şi se alimen-

tează aparatele.

Se reglează generatorul de semnal la frecvenţa de KHz1 şi o tensiune

de ieşire efectivă de cca mV100 .

Se vizualizează semnalul amplificat pe osciloscop analizând forma

acestuia.Se poate proceda la o reglare a punctului de funcţionare prin

modificarea rezistorului'

SR

Se face o citire a tensiunii indicate de voltmetrul VE la ieşirea

amplificatorului.

Page 12: Amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp

FLORIN MIHAI TUFESCU ELECTRONICA FIZICĂ

LUCRĂRI PRACTICE

122

Fig. 6 Montaj pentru analiza amplificatorului.

S – generator de semnal sinusoidal cu frecvenţă în gama

Hz1 MHz10 ; A – amplificatorul studiat; PS –sursă de tensiune

continuă pentru alimentarea amplificatorului ;VE –voltmetru

electronic de curent alternativ MHzHz 101 ; OSC –osciloscop.

Se calculează valoarea amplificării obţinute la KHz1 (frecvenţe

medii) şi se compară cu valoarea calculată pe baza relaţiei (20)

Se va trasa caracteristica amplificare- frecvenţă pentru valorile

0,, CCC S ,alese prin comutatoarele de pe placă.

Se va studia efectul condensatoarelor C şi C asupra limitării la

frecvenţe joase trasând caracteristica de frecvenţă în această zonă

pentru cele două capacităţi conectate separat.

Se va studia efectul condensatoarelor 0C şi '

0C la limitarea

frecvenţelor înalte prin trasarea caracteristicilor de frecvenţă obţinute

prin conectarea separată a celor două condenstoare.

Se vor determina din graficele obţinute experimental limitele de

frecvenţă impuse de valorile condensatoarelor alese şi se vor compara

cu cele calculate teoretic în baza relaţiilor (27) şi respectiv (30).

Folosind comutatorul 3K se poate studia efectul pe care îl are

decuplarea rezistorului SR în curent alternativ la amplificarea

frecvenţelor medii.Se va determina amplificarea la KHz1 pentru cele

două valori ale capacităţii.