Úloha SE

Tranzistor v zapojení SE 

Cieľom úlohy je demonštrácia funkcie bipolárneho tranzistora v zapojení so spoločným emitorom (SE), predovšetkým pomocou generátora s harmonickým tvarom signálu overenie:

Správneho nastavenia statických (jednosmerných) pracovných parametrov tranzistora (F);
funkcie vstupného filtračného CR článku s kondenzátorom  C_v1 (F);
funkcie kondenzátora C_E  v emitorovom obvode tranzistora (F);
vplyvu ďalšej záťaže (pripojenej cez kondenzátorom C_v2;) na prenos a zosilnenie obvodu (F);
vplyvu Millerovej kapacity C_M  náhradného modelu tranzistora (F).

V ďalšej časti textu bude  postupne :

• objasnený proces zosilňovania  v tranzistore (odelene pre malé a veľké amplitúdy signálu) s cieľom objasniť vhodný náhradný obvod tranzistora (nf model tranzistora pre malý F a veľký signal F);

• analyzované príčiny poklesu prenosu zosilňovača:
v oblasti vysokých frekvencii (vf model tranzistora F);
v oblasti nízkych frekvencii (vplyv kondenzátorov C_v F a C_E F).

Na obrázku 1a je príklad zapojenia zosilňovacieho obvodu s tranzistorom, ktoré má záťaž pripojenú v kolektorovom obvode, signál sa odoberá z kolektora a emitor býva pripojený buď priamo na zem alebo nepriamo na zem pomocou malej impedancie. Emitorový obvod je teda jednak súčasťou vstupného a tiež aj súčasťou výstupného obvodu. Takéto zapojenie sa nazýva zapojenie so spoločným emitorom .

Pravdepodobne sa v 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.

Okrem súčiastok sú na obrázku 1a uvedené aj odmerané napätia pomocou jednosmerného voltmetra - jednosmerného napätia na báze, kolektore a emitore tranzistora ( F U_B=1,7V, U_C=7,8V a U_E=1,08V). Pomocou týchto odmeraných napätí a s pomocou odporov príslušných rezistorov možno určiť prúdy cez bázu a kolektor, ako  ďalšie parametre náhradného obvodu tranzistora (ako napr. statický zosilňovací činiteľ b_F  v zapojení SE, strmosť g_m , vstupný odpor r_p  a pod. => obrázok 0a, 0b F). Pomocou takto určených parametrov náhradného obvodu tranzistora možno potom vypočítať ďalšie parametre zosilňovača (napäťový zisk, vstupný a výstupný odpor zapojenia a pod. ktoré sa budú v rámci úlohy kontrolovať.) Na záver referátu potom treba vypočítané charakteristické parametre zosilňovacieho obvodu porovnať s odmeranými. Parametre tranzistora by mali byť podobné údajom uvedeným na obrázku 1b, poprípade na obrázku 3b.
 

Obr. 1 a.  Zapojenie tranzistorového obvodu so spoločným emitorom a s napájaním bázy tranzistora pomocou odporového deliča R3 - R4, v dôsledku čoho nemôže byť emitor uzemnený priamo ( na obrázku 1a cez odpor R2 , poprípade aj paralelne cez odpor R5  a kondenzátor C2);

 

Obr. 1b. ilustrácia výpisu nameraných hodnôt simulovaného merania a parametrov náhradného obvodu tranzistora Q1 v zapojení na obr. 1a. Kvôli zjednodušeniu bol v uvedenom meraní použitý jednoduchší nf náhradný obvod tranzistora Q1 s 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 použitý 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 /*

 
 

Obr. 2. Amplitúdová frekvenčná charakteristika zapojenia z obrázku 1a, na ktorú má (nakoľko emitorový kondenzátor CE nie je pripojený) rozhodujúci vplyv len vstupný obvod s kondenzátorom Cv1=C1 - čo demonštruje podobnosť charakteristiky odmeranej na báze a na výstupe.

[Návrat]

q 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), môžete pristúpiť ku kontrole zapojenia pomocou generátora harmonického signálu.

Amplitúdu vstupného signálu si zvoľte vhodne malú, aby bolo možné pokladať tranzistor za lineárny prvok. (F) (Za vhodne malú možno napríklad pri zosilnení 100 pokladať amplitúdu u_be < 5 mV. Na výstupe zosilňovača potom bude 500mV amplitúdy signálu, čo napríklad pri jednosmernom napätí na výstupe U_C~5 V predstavuje 10% interval presnosti udržovania stálych pracovných podmienok tranzistora. Pri väčšej vstupnej amplitúde signálu teda prestáva platiť proporcionalita medzi výstupnou a vstupnou amplitúdou signálu, ktorá sa pokladá za základnú požiadavku kladenú na lineárny zosilňovač.) Na meranie amplitúd striedavých signálov použite osciloskop. Meranie síce nebude príliš presné (max. presnosť ~5 %) ale bude názorné.
 

Obr.  3.a.  Modifikované zapojenie tranzistorového obvodu z obrázku 1a aj s pripojeným odporom záťaže RL=R7  (prostredníctvom oddeľovacieho kondenzátora Cv2=C4 )

 

Obr.  3. b.  V tabuľke je ilustrácia výpisu parametrov simulovaného merania s vf náhradným obvodom tranzistora  (s reálnymi frekvenčnými vlastnosťami - tranzitnou frekvenciou fT  a kapacitami medzielektródových PN prechodov Cp , Cm ).	MODEL	Q2N3904
	IB	7.25E-06
	IC	1.04E-03
	VBE	6.65E-01
	VBC	-6.21E+00
	VCE	6.88E+00
	bF = BETADC	1.43E+02
	gm = GM	3.96E-02
	rp= RPI	4.15E+03
	RX	1.00E+01
	RO	7.73E+04
	Cp = CBE	1.84E-11
	Cm = CBC	1.83E-12
	CJS	0.00E+00
	b0 = BETAAC	1.64E+02
	CBX	0.00E+00
	fT = FT	3.12E+08

[Návrat]

q Meranie pri frekvencii z oblasti stredu frekvenčného pásma zosilňovača

Aby bolo osciloskopické meranie amplitúd striedavých napätí použiteľné pre stanovenie zosilnenia a aj ďalších parametrov zapojenia treba sa presvedčiť, že oddeľovacie kondenzátory C_v1 , C_v2  a emitorový kondenzátor C_E, poprípade samotný tranzistor pri vysokých frekvenciách nezoslabujú meraný signál, teda použiť pre meranie vhodnú frekvenciu signálu. (Túto kontrolu uskutočníte až v ďalšej časti úlohy. Vhodná frekvencia na meranie, pri ktorej sa neprejavujú obmedzenia prenosu vyšších frekvencii cez tranzistor je frekvencia f ~ 500 Hz - 1kHz – treba sa však o tom presvedčiť na základe kontrolného merania s generátorom a osciloskopom. Pre takúto frekvenciu tiež obvykle nie je problém si zvoliť vhodnú veľkosť kapacity kondenzátorov C_v1, C_v2 a C_E. Pri nižších frekvenciách nie je už zobrazovanie na osciloskope také bezproblémové a môže byť sprevádzané tiež rušením siete tzv. bručaním s frekvenciou f ~ 50 Hz).

Vstupný a výstupný odpor zosilňovača  a napäťový zisk zosilňovača treba teda merať pri takej frekvencii harmonického signálu pri ktorej (s využitím ďalšich meraní) je zanedbateľne malá impedancia, predstavovaná väzobnými kondenzátormi C₁a C₄).
 

Obr. 3c  Modifikované zapojenie pôvodného tranzistorového obvodu z obrázku 3a, uspôsobené na odmeranie vstupného a výstupného odporu zapojenia. Do obvodu bázy je dodaný odpor RB  a na výstup je cez väzobný kondenzátor Cv2=C4 pripojená záťaž RL=R7. (Odpor RB  ~1kW až 10kW treba zvoliť tak, aby sa dal na ňom odmerať pomocou osciloskopu úbytok napätia, potrebný pre kontrolu bázového prúdu signálu.)
Obr. 3c_b. Náhradný obvod pre určenie vstupného odporu Rvst. (Odpor Rvst závisí aj od toho, či je v emitore pripojený kondenzátor CE=C2).	Obr 3c_c.  Náhradný obvod pre určenie výstupného odporu Rvyst.

u Vstupný odpor zosilňovača R_vst

Na základe meraním zistenej amplitúdy vstupného signálu U₁ a amplitúdy signálu na báze tranzistora U_b=U_1b možno pomocou úbytku amplitúdy napätia DU_RB=U₁-U_1b na odpore R_B=1kW určiť amplitúdu prúdu I_bd = DU_RB/R_B, tečúceho cez tento odpor. (Pri meraní amplitúd si treba uvedomiť, že takýmto spôsobom neodmeráme prúd I_b signálu vstupúci do bázy, ale tiež aj súčasť prúdu I_bd - prúd I_d odvetvujúci sa do deliča R₃ - R₄). V dôsleku takto odmeranej amplitúdy prúdu I_bd a odmeranej amplitúdy napätia na báze tranzistora U_1b možno priamo určiť celkový vstupný odpor zapojenia zosilňovača pre harmonický signál o použitej frekvencii:
 

Rvst=RvsT||R3||R4=U1b/Ibd

(kde použité označenie predstavuje výsledný odpor R₃₄=R₃||R₄=(R₃R₄)/(R₃+R₄) paralelného spojenia odporov R₃||R₄ a R_vsT je vstupný odpor samotného tranzistora). Vstupný odpor samotného tranzistora R_vsT však charakterizuje prúd I_b tečúci do bázy, ktorý možno určiť až po následnom odpočítaní prúdu I_d tečúceho do deliča. (Pre zopakovanie prúd I_bd sa rozdelí v pomere vodivostí 1/R₃₄ a 1/R_vsT, takže do bázy potečie časť I_b = R₃₄I_bd /(R₃₄+R_vsT) a do deliča časť prúdu I_d= U_1b/R₃₄). Potom vstupný odpor samotného tranzistora:
 

RvsT= U1b/(Ibd- Id).

Nezabudnite, že vstupný odpor treba odmerať dva razy - raz bez pripojeného emitorového kondenzátora C_E a druhý raz s pripojeným kondenzátorom C_E. Chcete si totiž overiť, že existencia kondenzátora C_E ovplyvňuje okrem napäťového zisku A_u aj vstupný odpor R_vsT.

u  Výstupný odpor zosilňovača R_vys

Zostáva už len zodpovedať na otázku aký odpor R_L by bol najvhodnejšie použiť pre meranie ako záťaž?  Ak chcete dostať výsledok podobný obrázku 7 tak si zvoľte odpor R_L ~ R_C (lebo očakávaný odpor je R_vys = R_C).

Všimnite si, že v dôsledku pripojenia záťaže R_L sa zmenšil celkový napäťový zisk zosilňovača A_u=U_out/U_in, resp. napäťový zisk samotného tranzistoru A_uT=U_out/U_{b .}
 

[Návrat]

q Prvky obmedzujúce hornú časť frekvenčného pásma zosilňovača

V hornej oblasti frekvenčného pásma zapojenia podľa obrázku 1a (resp. podľa obrázku 3a) je limitujúcim prvkom samotný tranzistor.  Pre porovnanie pri simulovanom meraní charakteristiky na obrázku 2  bol použitý nf model tranzistora (F) s ideálnymi vlastnosťami v oblasti vysokých frekvencii (pozri tranzitnú frekvenciu tranzistora f_T na obrázku 1a), u ktorého nedochádza v oblasti vysokých frekvencii k obmedzeniu prenosu (pretože na jedinej impedancii |1/(wC₁)| zapojenia z obrázku 1a  je v oblasti vysokých frekvencii zanedbateľný pokles amplitúdy signálu).

Obr. 4. Amplitúdová frekvenčná charakteristika zapojenia z obrázku 3a. (Prenos v dolnej časti frekvenčného pásma ohraničuje derivačný vstupný obvod s kondenzátorom Cv1=C1, pretože kondenzátory CE=C2 a Cv2=C4 nie sú použité.)  V hornej časti frekvenčného pásma ohraničuje prenos reálny tranzistor - porovnajte s obrázkom 2, kde je použitý ideálny tranzistor.

V simulovanom meraní na obrázku 3a bol s rovnakými súčiastkami použitý vf model tranzistora (F), s reálnymi vlastnosťami  v oblasti vysokých frekvencii . V simulovanom priebehu nameranej charakteristiky na obrázku 4 (obrázok 2 a obrázok 4 majú zhodný priebeh na báze),  je markantný dôsledok filtrácie vysokých frekvencii spôsobený existenciou reálnych kapacít C_p , C_m náhradného obvodu, ktoré spôsobujú, že tranzistor zosilňuje len po určitú hornú hraničnú frekvenciu f_hb, resp. po tranzitnú frekvenciu tranzistora f_hT, (keď je b₀ = 1). Existencia kapacít C_p ,C_m a z nich plynúca existencia hornej hraničnej frekvencie  tranzistora sa analogicky ako v RC článku (F) prejaví aj na zmene tvaru zosilňovaných impulzov, ktoré v dôsledku zhoršeného prenosu majú predĺžené trvanie čela a tyla  výstupných impulzov, ako ilustruje obrázok 5 - teda vplyv obdobný integračnému článku. (F)
 

Obr. 5 . Zmena tvaru impulzu obdĺžnikového tvaru v dôsledku obmedzených zosilňovacích schopností obvodu z obr. 3a v oblasti vysokých frekvencii. (F)

 u Meranie v praktiku: kontrola hornej hraničnej frekvencie

Na základe ilustrácie priebehu charakteristiky na obrázku 4 použite na kontrolu horného konca frekvenčného pásma zosilňovača len jednoduchý osciloskopický spôsob kontroly (F), spočívajúci v stanovení hornej hraničnej frekvencie f_h= f_hb (frekvencia pri ktorej je výstupná amplitúda rovná 70% v porovnaní s referenčnou amplitúdou z oblasti okolo 1 kHz).

Na základe porovnania hornej hraničnej frekvencie f_hbE so zapojeným emitorovým kondenzátorom C_E na obrázku 6 (keď je vysoké napäťové zosilnenie obvodu  A_u~g_mR_C) s hornou hraničnou frekvenciou f_hb z merania na obrázku 4 (kde je menšie napäťové zosilnenie obvodu A_u~R_C/R_E=R₁/R₂) si zase možno overiť, že Millerova kapacita C_M=C_p+C_m(1+A_u), od ktorej závisí  horná hraničná frekvencia f_h tranzistorového obvodu, závisí od napäťového zisku obvodu A_u.  Výsledkom tohto merania a následného porovnania by malo byť zistenie, že bez zapojeného emitorového kondenzátora C_E bola nameraná menšia výstupnú amplitúda (=> je menší zisk A_u) ale vyššia hraničná frekvencia f_hbE>f_hb.
 

[Návrat]

V zapojení podľa obrázku 1a (resp. podľa obrázku 3a)  prenosové vlastnosti v oblasti nízkych frekvencii ohraničujú CR obvody (F):

• na vstupe (F s kapacitou C_v1=C₁),
• obvod v emitore tranzistora (F s kapacitou C_E=C₂ ) a tiež
• obvod s kondenzátorom C_v2=C₄umožňujúci pripojenie záťaže (ktorý sa ale v danom zapojení na obrázku 1a zatiaľ neuplatňuje - pozri obrázok 3a).

u Funkcia vstupného filtra s väzobným kondenzátorom C₁

Dôsledkom zvoleného spôsobu nastavenia pracovného bodu pomocou odporového deliča R₃ - R₄ (F) na obrázku 1 je prítomnosť oddeľovacieho kondenzátora C_v1=C₁ (F) a následné ohraničenie (F) prenosu nízkych frekvencii signálu (tak ako ilustruje obrázok 2).

Troška zložitejší na pochopenie je spôsob na rýchle jednorázové stanovenie dolnej hraničnej frekvencie f_d, ktorý používame v praktiku (F). Pre hornopriepustný filter CR postup spočíva na osciloskopickom porovnaní nejakého referenčného prenosu (napríklad o hodnote A pri frekvencii ~ 10kHz) a prenosu A_d  pri vhodne nájdenej nižšej frekvencii f_d  (ktorú treba experimentálne určiť tak, že prenos A_d  pri tejto frekvencii bude A_d = 0,7A (F). Napríklad na obrázku 2 pre frekvencie vyššie ako 10 kHz je už amplitúda výstupného signálu U₂  (prenos A=U₂/U₁ sa nemení so zvyšovaním frekvencie), takže sa neuplatňuje vplyv vstupného derivačného článku a signál sa vplyvom impedancie kondenzátora 1/wC₁ nezmenšuje (čo pokladáme za vhodné kritérium pre voľbu kapacity C₁ pre tento prípad).
 

[Návrat]

 

uFunkcia kondenzátora C_E v emitorovom obvode tranzistora

Dôsledkom zvoleného spôsobu nastavenia pracovného bodu pomocou odporového deliča R₃ - R₄ na obrázku 3 je treba prispôsobiť jednosmerné napätie na emitore nastavenému jednosmernému napätiu na báze tranzistora pomocou zapojenia rezistora R_E medzi emitor a zem. Nepriaznivým dôsledkom  tohto pripojenia R_E je pokles napäťového zosilnenia tranzistorového obvodu. V určitej frekvenčnej oblasti možno tento pokles zosilnenia skompenzovať pomocou kondenzátora C_E, paralelne pripojeného k emitorovému odporu R_E. KondenzátorC_E v emitorovom obvode tranzistora (na obrázku 3 s označením C_E=C₂) umožňuje zväčšiť zosilnenie obvodu (na obrázku 4 je A_u~18 a na obrázku 6 je A_u~80), v ktorom existuje rezistor R_E v obvode emitora (na obrázku 3 s označením R_E=R₂). Kompenzácia poklesu zosilnenia je založená na tom, že kondenzátor C_E=C₂ predstavuje pre signál od určitej frekvencie malú impedanciu |1/wC_E|, čím sa potlačí (pre striedavý signál) vplyv emitorového odporu R_E=R₂ na zmenšenie zosilnenia tranzistorového stupňa. (F Pritom sa uplatňuje tzv. záporná spätná väzba, v dôsledku ktorej poklesne napäťový zisk pre signál od určitej frekvencie z hodnoty A_u = R_C/r_e , pri uzemnenom emitore, na hodnotu A_u = R_C / (r_e +R_E ), so zapojeným R_E  - kde r_e = 1/g_m).
 

Obr. 6a. Vplyv pripojenia kondenzátorov CE=C2 a Cv1=C1na amplitúdovú frekvenčnú charakteristiku zapojenia na obrázku 3a (kondenzátor Cv2=C4 nie je použitý, oddeľovaci kondenzátorom Cv1=C1 samozrejme musí byť zapojený, takže nemôžeme (bez predbežnej vhodnej voľby Cv1=C1) bezpečne tvrdiť že pozorujeme len filtráciu účinkom kondenzátora C2 v emitorovom obvode tranzistora.) V hornej časti frekvenčného pásma ohraničujú prenos vlastnosti tranzistora, podobne ako na obrázku 4.

 

Obr. 6b. Vplyv pripojenia kondenzátora CE = C2 na amplitúdovú frekvenčnú charakteristiku zapojenia na obrázku 3a (kondenzátor Cv2 = C4 nie je použitý, oddeľovací kondenzátorom Cv1 = C1 bol tak vhodne zvolený, aby neovplyvňoval meranie frekvenčnej závislosti výstupného signálu.) Dolná hraničná frekvencia na obrázku 6 je podstatne nižšia ako u priebehov na obrázku 2 a na obrázku 4 - teda sa potvrdil predpoklad, že obvod s emitorovým kondenzátorom sa nepodieľa na filtrácii dolnej frekvencie a tvar charakteristiky na obrázku 4 je limitovaný len vstupným derivačným článkom s kondenzátorom Cv1 = C1. V hornej časti frekvenčného pásma ohraničuje prenos  tranzistor (Millerova kapacita). Nakoľko na obrázku 6b je zosilnenie Au~80 vyššie ako Au~18 na obrázku 4 je horná hraničná frekvencia na obrázku 6b nižšia ako na obrázku 4.

Filtračnú funkciu kondenzátora C_E=C₂ v emitorovom obvode tranzistora (v zapojení na obrázkoch 1a, 3a a 3c je C_E=C₂pripojený cez R₅=0,01W.) bolo by najsprávnejšie si overiť bez vplyvu ostatných derivačných článkov v obvode. Oddeľovací kondenzátor C_v1=C₁ však musí vždy jednosmerne oddeľovať vstup od tranzistora!  S cieľom presvedčiť sa len o vplyve samotného obvodu s kondenzátorom C_E=C₂ bola v simulovanom meraní na obrázku 6b zvolená veľmi veľkú kapacita C₁=0,1F tak, aby vstupný derivačný obvod pri tak veľkej kapacite nemohol vplývať na filtráciu signálu. (Technicky v praktiku možno realizovať napríklad C₁~100mF).  Pri takýchto podmienkach potom možno prehlásiť, že zistená dolná hraničná frekvencia priebehu na obrázku 6b závisí len od filtračných vlastností obvodu v emitore tranzistora. Výsledok merania z obrázku 6b a na základe neho určená  dolná hraničná frekvencia f_{d_emitor}~1Hz je nižšia ako predtým (na obrázku 6a) odmeraná dolná hraničná frekvencia f_{d_vstup}~ 100Hz, s pôvodným kondenzátorom C_v1=C₁. Teda na celkový priebeh spoločnej amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky na obrázku 6a má rozhodujúci vplyv vstupný derivačný obvod s kondenzátorom C₁=100 nF.

Porovnanie obrázkov 4 a 6 ilustruje tiež rôzne amplitúdy signálu na výstupe tranzistorového stupňa po zapojení a bez zapojenia emitorového kondenzátora C_E=C₂.  Skutočne teda napäťový zisk A_u obvodu závisí od kondenzátora C_E a od odporu v emitore. (Funkciu výsledného emitorového odporu pri nízkych frekvenciách f < f_{d ,} keď impedancia kondenzátora 1/jwC₂ je veľmi malá, hrá paralelné spojenie  odporu R₂ a odporu R₅).
 
 

Meranie v praktiku: kontrola dolnej hraničnej frekvencie

V tejto časti úlohy, podobne ako v predošlých meraniach, použite jednoduchý osciloskopický spôsob (F) kontroly vplyvu emitorovej kapacity C_E=C₂ na dolnú hraničnú frekvenciu f_demitor (frekvencia pri ktorej je vystupná amplitúda rovná 70% maximálnej amplitúdy pri frekvenciách okolo 1 kHz)_.

Pre signál s frekvenciou okolo 1 kHz určite aj napäťový zisk A_u=U_out/U₁  obvodu so zapojeným a odpojeným emitorovým kondenzátorom C₂. Na záver pre kontrolu porovnajte odmeranú dolnú hraničnú frekvenciu f_demitor, spôsobenú emitorovou kapacitou C_E=C₂ s vypočítanou frekvenciou f_demitor na základe hodnôt súčiastok a parametrov tranzistora.
 

[Návrat]

u Vplyv ďalšej záťaže na prenos a zosilnenie obvodu

Posledná úprava zapojenia zosilňovača (obrázok 3a, resp. obrázok 3c) spočíva v pripojení záťaže R_L. (Záťaž R_L= R₇, ktorá je pripojená cez oddeľovací kondenzátor C_v2=C₄, môže byť interpretovaná ako vstup ďalšieho zosilňovacieho stupňa.)

Pri meraní amplitúdy výstupného signálu na výstupe out2 zapojenia na obrázku 3c (napríklad pre určenie výstupného odporu) si treba zvoliť frekvenciu signálu, pri ktorej sa nebude uplatňovať impedancia, predstavovaná kapacitou oddeľovacieho kondenzátora C_v2=C₄. Dolná časť obrázku 7 znázorňuje priebeh amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky výstupného obvodu zosilňovacieho obvodu z obrázku 3c. Dolná hraničná frekvenciou f_d= 1/(2pt) tejto charakteristiky závisí od časovej konštanty výstupu t=(R_vyst+R_L)C_v2=(R_C+R_L)C₄ . Ak je teda kondenzátor C_v2 vhodne zvolený je jeho impedancia |1/wC_v2| pri správne zvolenej frekvencii merania zanedbateľne malá a na kondenzátore nedochádza k úbytku amplitúdy napätia.

Pre jednorázové stanovenie dolnej hraničnej frekvencie f_d použijeme rovnaký spôsob ako doporučený pri vstupnom derivačnom článku s kondenzátorom C_v1 (F). Postup spočíva na osciloskopickom porovnaní nejakého referenčného prenosu (o hodnote A, napríklad pre dolnú charakteristiku na obrázku 7 pri frekvencii ~ 10 MHz) a prenosu A_d pri vhodne nájdenej nižšej frekvencii f_d (ktorú treba experimentálne určiť tak, že prenos A_d pri tejto frekvencii bude A_d=0,7A (F)). Napríklad na obrázku 7 pre frekvencie vyššie ako 200 kHz sa už neuplatnil vplyv výstupného derivačného článku C₄R_L a signál sa vplyvom impedancie kondenzátora |1/wC₄| nezmenšuje (čo pokladáme za vhodné kritérium pre voľbu kapacity C₄  pre tento prípad).
 

Vplyv prenosových vlastnosti derivačného obvodu C₄ R₇ demonštrujú 2 priebehy na obrázoku 7 - jeden odmeraný pred a druhý za oddeľovacím kondenzátorom C₄. Pri uvedenej voľbe súčiastok sa len časť spektra frekvencii signálu dostane z kolektora na výstup - out. Pre frekvencie f > f_d~100 kHz je filter C₄R₇ priepustný (dolná charakteristika) a v tejto frekvenčnej oblasti predstavuje záťaž tranzistora R_L paralené spojenie odporov R₁ a R₇. (V ľavej polovici hornej charakteristiky, v dôsledku veľkej impedancie kondenzátora |1/wC₄| predstavuje záťažovací odpor tranzistora odpor R_L=R₁ a zosilnenie je väčšie. V pravej časti hornej charakteristiky je už obvod C₄ R₇ priepustný a v dôsledku menšieho výsledného zaťažovacieho odporu je amplitúda signálu menej zosilnená.)
 
 

Obr. 7. Amplitúdová frekvenčná charakteristika zapojenia z obrázku 3c, v ktorom je cez väzobný kondenzátor Cv2 = C4 pripojená záťaž RL = R7. Horná charakteristika bola snímaná z kolektora tranzistora, tak ako napríklad charakteristika na obrázku 6b.  Pre dolnú charakteristiku slúžil ako výstup až odpor záťaže RL = R7, teda prejavuje sa na jej priebehu vplyv článku Cv2RL. (Vo frekvenčnej oblasti kde článok prepúšťa signál ako hornopriepustný filter je badateľný pokles výstupnej amplitúdy, pretože pri malej impedancii 1/wCv2 sa stáva pracovným odporom zosilňovača paralelné spojenie odporv RL a RC.  Nakoľko odpory RL= RC sú rovnaké  je v hornej časti spektra polovičný pokles amplitúdy. (V dolnej časti frekvenčného pásma pôsobia CR články s kondenzátormi Cv1=C1 a CE=C2 rovnako ako na obrázku 6b.) V dôsledku menšieho zosilnenia Au~4 so záťažou RL sa menej prejavuje Millerov jav a horná hraničná frekvencia je na obrázku 7 vyššia ako na obrázku 6 a obrázku 4, kde bolo vyššie zosilnenie Au.

 

Meranie v praktiku: kontrola vplyvu pripojenia záťaže

Na základe ilustrácie priebehu charakteristiky na obrázku 7 použite na kontrolu prenosu, podobne ako pri sledovaní vlastností vstupného filtra s kondenzátorom C_v1, jednoduchý osciloskopický spôsob kontroly (F) spočívajúci v jednorázovom stanovení dolnej hraničnej frekvencie f_d (frekvencia pri ktorej je výstupná amplitúda rovná 70% amplitúdy v oblasti optimálneho prenosu). Filtračná funkcia kondenzátora C_v2 by sa mala overovať bez vplyvu ostatných derivačných článkov s kondenzátormi C_v1 a C_E v obvode. Ak by boli parametre obvodu zvolené tak ako v simulovamom meraní na obrázku 7, tak rozhodujúci vplyv na dolnú hraničnú frekvenciu celého zapojenia bude mať práve kondenzátor C_v2, nakoľko frekvencia f_dv2  je vyššia ako frekvencie f_dv1  a f_{d emitor} , ktoré boli odmerané predtým. Na záver ešte nezbudnite porovnať odmeranú dolnú hraničnú frekvenciu f_dv2  s hodnotou vypočítanou na základe hodnôt súčiastok a parametrov tranzistora.
 

[Návrat]

q Záverečné zhodnotenie merania

• parametre tranzistora na základe odmeraných jednosmerných napätí U_E, U_B, U_C, odpormi deliča R_B1=R₃, _,R_B2=R₄,_,R_C=R₁,_,R_E=R₂, a R_L=R₇, R_B .

• vstupný odpor R_vst ,výstupný odpor R_vyst a napäťový zisk A_uT Fsamotného tranzistora (pri odpojenom R_L a pri R_B=0 bez emitorového kondenzátora C_E):_:

• vstupný R_vst ,výstupný odpor R_vyst a napäťový zisk A_uT F samotného tranzistora (pri odpojenom R_L a pri R_B=0 s emitorovým kondenzátorom C_E):_:

• dolné hraničné frekvencie f_d spôsobené derivačnými článkami s kondenzátormi C_v1, C_v2 a C_E:

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

	Dušan Kollár: Praktikum z elektroniky a automatizácie, skriptá MFFUK, 1991 - úlohy: 1c9, 1c11, resp aj 1c5 a 1c6
	Dušan Kollár: Elektronika a automatizácia 1, skriptá MFFUK, 1990, str. 143 - 149.

[Návrat]