amplificator de joasa frecventa cu tranzistor cu efect de camp
TRANSCRIPT
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.
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
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)
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.
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.
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.
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)
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)
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)
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).
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.
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.