22
IV. TRANZISTOROVÍ ZESILOVAČ A JEHO PŘENOSOVÉ VLASTNOSTI
Jednostupňový zesilovač a transistorem je zapojen podle schématu na obr. 14. Na vstup zesilovače je přivedeno napětí U    (komplexní ain-
Obr. 14
plituda při symbolickém vyjádření), výstupní napětí je Ug. Kondenzátor C odděluje zdroj signálu od stejnosměrných napájecích napětí. Pracovní bod tranzistoru je stabilizován odpory Rj , R^ a Rp. Pracovní odpor je R^. Kondenzátor       nebývá běžně připojován jako samostatná součástka, při některých, měřeních dosáhneme připojením Cfc omezení přenosu vysokých kmitočtu zesilovačem. Kondenzátor CQ připojený paralelně ke zdroji napájecího napětí představuje prakticky zkrat pro zesilované střídavé s ignály.
Za .předpokladu, že kapacita kondenzátoru C& je dostatečně velká, můžeme pro oblast středních kmitočtů užít náhradního obvodu podle obr. 15. Použijeme malých hodnot odporů Rfc, takže vliv vnitřní zpětné vazby
o——
U.
U;
		
	R	
+■— m
1
h2ih
22
U,
k l_
Obr. 15 '
v tranzistoru-můžeme zanedbat, n12e *U2 1 °* Při dslším znaíení P'ara-jaaetrů bude index e vynechán, avšak všechny parametry se budou týkat _jen zapojení tranzistoru se společným emitorem.
23
Pro       = 0 a pro dostatečně nízké frekvence, kdy parametry tranzistoru jsou vyjádřeny reálnými čísly, je napětové zesílení Au dáno vztahem
Au "
U,
h
21
hll(1 + h22\5
(4.1)
Přenos napětí může být obecně vyjádřen komplexním číslem, přičemž ' jeho absolutní hodnota (modul) je zesílení napětí, poměr imaginární a reálné Části výrazu pro přenos je pak tangentou fázového posuvu mezi výstupním a vstupním napětím.
Vztah (4.1) můžeme ještě zjednodušit, nebot hpp^k b^vá hodně menší než 1. Potom i
A.
h21Rk
u
h
(4.1a)
11
V oboru nízkých kmitočtů se uplatní vliv kondenzátoru C, napětí
U   se rozdělí na kondenzátor a na vstupní odpor zesilovače. Podle obr. o
14 a obr. 15 je vstupní odpor zesilovače složen z paralelně zapojených odporů h11 a íT , přičemž h' představuje dvojici paralelně zapojených" odporů ^ a R2, pro vstupní odpor R tedy platí
R =
hllfí
hll + H
kde
R
R-, R2
R,  + fU 1 c
Pro podíl absolutních hodnot napětí UQ a \J± dostane
me
U,
(4.2)
Dolní mezní frekvence cod, pro kterou nastane pokles přenosu o 3 dB proti střednímu přenosu, t.j. pro
íl
11
je při
= 1
tedy
2 re RC
(4.3)
(ojCRr
V oblasti vysokých kmitočtů způsobí pokles zesíleni kapacita Gk, která bývá tvořena mezielektrodovými kapacitami tranzistoru a kapacitami okolních součástek. Při měření její hodnotu uměle zvětšíme zapojením přídavného kondenzátoru Ck. Přenos napětí zesilovacím stupněm je potom
Au = -
h21Zk
xll
kde
a'
Zk =
R,
(4.4)
1 + j^GkHk
24
Pokles zesílení o 3 dB nastane pro. 60h > pro které  co^C^H^. * x1
(předpokládáme vysokou mezní frekvenci tranzistoru) takže
1
fh =
2*Ck%
(4.5)
Pro sledování vlivu RQ a CQ použijeme náhradního obvodu podle obr. 16. Značeny jsou opět komplexní amplitudy napětí a proudů.
Obr, 16
Zanedbáváme opět vliv h1? a      a předpokládáme reálné, hodnoty parametrů transistoru. „ V symbolickém vyjádření je přenos napětí
5'
Au
U.
A.
u
U
Au je zesílení dané vztahem (4.1a)
1 +
P" Au
(4.6)
Au =
ce
lí
U
be
U
ce
Za předpokladu, že ZQ = Re (Icondenzstor je vynechán) a RQ« Rk můžeme činitel zpětné vazby vyjádřit místo z poměrů napětí z poměrů odporů
Ji
u
ce
Ri.
Potom zesílení při ž-avedené zpětné vazbě odporem Re je
u
u
(4,6a)
1 +
3 R,.
A.
u
Je-li zesílení Au bez zavedení zpětné vazby velké, můžeme vztah dále
* zjednodušit až na přibližný výraz
u
R,
R.
(4.6b),„
2
A
Pro obecnou hodnotu Z^ určíme činitul zpětné vazby z hodnot U e U    , Podl<? obr. 16 platí
c e
l2 ' h21Tb + Uceh22 * Z těchto vztahů určíme U .
3
U   - - R,   (h01lK + U   h_0) » U z k     21 b       ce 22 ce
jRk-h22«l»  takae pro H^^l/hp^ Je
Uz = - fíkh21Tb " Uco    " , (4.7)
Pro uzel S podle obr. 16 platí + I    - Ig ~ 0. Odtud, po vyjádření
proudů z napětí a odporů dostaneme
, -, U
t   = u + ™L- ) -j=a     . (4.8)
%       Ze %
Dosadíme-li tento výraz do (4.7), potom po úpravách a za předpokladu, že bývá hodně větší než 1 obdržíme
Uz[l +' h2l( 1 + 0   = " Uceh21    ' (4'7a)
Činitel zpětné vazby je. potom -f
P= -=     _.„^.i__, rí (4.9)
Rl, 4.    1 __Jas. T    4. _j£
1    +   h      (    1    -i-   ~r-£   ) ^
.i t- n?1 i x » ; l r, 7
^ Z 21 e ■
'e
Pokud je li. » |Z [  můř.eroe (4 .9) dále zjednodušit, přičemž 1/R   - G
1 el---v ------ " ' * '  e e
Z i R» 1
(4.9a)
Takto určenou hodnotu činitele zpětné .vazby dosadíme do (4.6), potom
"a" = A    • -—-i----- (4.10)
u     u K i
1
Rk 1 + jWCeR6
Přenos napětí A^   je vyjádřen komplexním číslem a zřejmě závisí na frekvenci. Pro stanovení dolní.mezní frekvence je nutné si uvědomit, že zesílení (modul přenosu napětí) nabývá jistých extrémních hodnot. Minimální hodnoty nabývá pro  u> = 0    (stejnosměrné napětí)
26
což odpovídá vztahu (4,6a). Dosazením sa A   podle (4.1a) dostaneme
A.
h2l\
u
umm
hll + Heh21
(4.11a)
Maximální hodnoty nabývá modul přenosu napětí pro vysoké frekvence , při nichž kondenzátor CQ představuje zkrat, takže záporná zpětné
vazba na odporu R   se nemůže uplatnit a Platí tedy
h21Rk
umax
= A
fa-
u
(4.12)
11
Stanovit dolní mezní frekvenci danou hodnotami, součástek R   a C
e e
z poklesu zesílení o 3 dB namusí být vždy možné * Zesílení klesá od hodnoty A        k hodnotě A' .   ■ , rychlost poklesu nutně bude záviset na
Uilu o A. Lilii i li*
těchto extrémních hodnotách. Pro stanovení průběhu zesílení upravíme rovnici (4-10) pro přenos napětí ,.
Vztah (4-11) můžeme psát ve tvaru
■A'
A..
umm
1 -
uma3
umax
Rk
odkud po úpravách dostanem®
1 ' 1
A'
fí,.
(4.13)
"umax " umm
Tento výraz dosadíme do vztahu pro přenos napětí a pí) úpravách obdržíme pro poměr zesílení
A..
u
umax
Á.
umm
umax
l + Cj2CgRg
(4.14)
1 + (
umin \2
A.
w   e e
umax
Pro frekvenci  OJ , pro kterou klesne zesílení na požadovanou hodnotu . nakonec dostaneme
\s = I Au
co =
C R„ e e
A.
u
umm
.)2 - i
(4.15)
A.
1    - (-
u
umax
Pro měření vlastnosti zesilovače použijeme přípravku, na kterém můžeme^ vyměňovat odpory pro nastavení a stabilizaci pracovního bodu tranzisto--ru R,, R~ a R , kondenzátor C . .pracovní odpor tranzistoru R   (k němuž
27
připadni připojujeme paralelní kondenzátor C^). Na vstup zesilovače přivádíme napětí z tónového generátoru přes kondenzátor C. Výstupní napětí zesilovače měříme elektronkovým voltmetrem. Napájecí napětí volíme asi 12 V. Volbou odporů pro nastavení pracovního bodu tranzistoru nastavíme jeho kolektorový proud asi na 1 niA. Ostatní hodnoty součástek budov zadány,, '
TJk 1
1. Pro C = 10 juF a Cg = 500 pF určete zesílení při frekvenci 1 kHz. Ze zadaných hodnot parametrů tranzistoru a hodnot součástek (H^) vypočtěte zesílení podle vztahu    (4.1a) a srovnejte s naměřenou hodnotou. Pro C = 10 /iF a Ce 500 ^iF stanovte závislost zesílení na frekvenci. Měřte v rozsahu použitelnosti měřících přístrojů, výsledky vyneste do grafu s logaritmickými stupnicemi.
2« Kapacitu kondenzátoru snižte na 0,1 jaF (i méně) a měřte závislost zesílení na frekvenci. Z grafu nebo přímým měřením stanovte dolní, mezní frekvenci. Zjištěnou hodnotu porovnejte s hodnotou vypočtenou podle (4.3).
3. Horní mezní frekvenci snižte zapojením C^. = 10 nF. Závislost zesílení na frekvenci vyneste do téhož grafu jako v předchozím případě a opět určete horní mezní frekvenci. Naměřenou hodnotu srovnejte s vy-1 počtenou ze vztahu (4*5).
4. Pro C = 10 /aF a Ce = 0 stanovte zesílení .pro f=10 kHz. Výsledek měření porovnejte s hodnotou vypočtenou ze vztahu (4.6a) nebo (4.11a)*
5. Kapacitu kondenzátoru Cfi snižte na 0,1 /iF a stanovte jeho vliv na průběh frekvenční charakteristiky. Ověřte platnost vztahu (4.15).
Při všech měřeních udržujte vstupní napětí zesilovače na tak nízkl úrovni, aby výstupní napětí nepřekročilo hodnotu asi 1 V při napájecím napětí 12 V. Zkreslení výstupního napětí bude potom zanedbatelné a neovlivní podstatně výsledky měření.
Při zapojování elektrolytických kondenzátoru, dbejte na polaritul