Fig. 4.9. Etaj de amplificare cu TB în conexiunea EC

0

VC C

R L4k

0

Q 1

BC 108C

R 1100k

V i1m V ac

0V dc

R C4k

0

R 2100k

C 1

47u

C 2

47u

C 3470u

0

0 0

R E5 . 2 k

VC C12V dc

VC C

Lucrarea nr. 4ETAJE FUNDAMENTALE DE AMPLIFICARE

4.1. Scopul lucrăriiSe studiază caracteristicile etajelor fundamentale de amplificare cu tranzistoare bipolare

(TB) în conexiunile: emitor comun (EC), sarcină distribuită şi colector comun, şi cu tranzistoare cu efect de câmp (TEC) în conexiunile sursă comună (SC) şi drenă comună (DC).

4.5. Desfăşurarea lucrării4.5.1 Etajul de amplificare cu TB în conexiunea emitor comun (EC)

Se deschide un proiect pentru analiză în mediul ORCAD şi se desenează schema din fig. 4.9.

Se setează parametrii pentru analiza de curent alternativ, folosind descrierea de mai jos:

PSpice→Edit Simulation ProfileAC Sweep/NoiseGeneral Settings AC Sweep Type

LogarithmicDecade Start Frequency: 1

End Frequency:1GPoints/Decade: 100

Se determină PSF-ul pentru Q1 şi se notează: VBE =6.62E-01 , VCE =2.76E+00 şi IC = 1.00E-03.

Amplificarea în tensiuneSe vizualizează amplificarea în tensiune funcţie de frecvenţă, V(RL:1)/V(Vi:+) şi se

salvează într-un document WORD. Folosind explicaţiile din secţiunea 4.2 se determină banda de frecvenţă a amplificatorului (banda la 3 dB): fj = 12,12Hz, fs =26,7MHz.Se determină din graficul obţinut amplificarea în tensiune pentru f= 1 kHz şi se notează:

av , sim|f =1kHz=72,67Se calculează amplificarea în tensiune, av,calc = ……….. cu relaţia (4.5) şi se compară cu cea obţinută prin simulare.av≃−gm⋅( RC||RL)=-80

1

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(RL:2) / V(Vi:+)

0

40

80

Rezistenţa de intrareSe vizualizează rezistenţa de intrare în c.a.: V(Vi:+)/I(C1), se salvează într-un document

WORD şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: Ri , sim|f =1kHz=46,6 kOhm

. . Se calculează Ri,calc = …………. cu relaţia (4.2) şi se compară cele două rezultate obţinute. Notă: Pentru calculul parametrului hie se va folosii hfe = β = 510.

RBB=( R1||R2 )=R1⋅R2

R1+R2

=100 k∗100 k200 k

=50 kΩ

Ri=vi

ii

=RBB||hie≃hie=50∗51050+510

=45 ,55 k Ω

, unde

hie=βgm

şi gm=40⋅I C

(4.2)

Amplificarea în curentSe vizualizează amplificarea în curent: I(RL)/I(C1), se salvează într-un document WORD

şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: a i , sim|f =1 kHz=189 , 3

. Se calculează ai,calc = 0,443 cu relaţia (4.19) şi se compară cele două rezultate obţinute.

2

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(Vi:+) / I(C1)

0

25K

50K

4.5.2. Etajul de amplificare cu TB în conexiunea sarcină distribuită (SD)

Se elimină condensatoarele C2, şi C3 şi rezistorul RL din schema amplificatorului din fig. 4.9. Se obţine astfel un amplificator în conexiunea SD ca cel din fig. 4.4.

Se reiau etapele descrise la secţiunea 4.3.1, pentru calcularea: av, Ri, şi ai folosindu-se

relaţiile: (4.7), (4.12) şi (4.14). Se va considera hoe−1

>>RC.

Se notează: av , sim|f =1kHz=0 ,76 av , calc=−0 , 76

Ri , sim|f =1kHz=48 ,8k Ω, Ri,calc = 49,22 kΩ

a i , sim|f =1 kHz=9,3., a i , calc=9,3

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(RC:1) / V(Vi:+)

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

av , sim|f =1kHz=V (RC1 ) /V (Vi:+)= 0,76

av≃−RC

1gm

+RE

≃−RC

RE

=− 4 k5,2 k

=−0 ,76

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(Vi:+) / I(C1)

0

20K

40K

60K

3

Fig. 4.10. Etaj de amplificare cu TB în conexiunea CC

0

V i1m V ac

0V dc

0

Q 1BC 108C

C 2 47u

R L4k

0

C 1

47u

R 2100 k

R 1100 k

VC CVC C

0

VC C12V dc

R E5 . 2 k

0

Ri , sim|f =1kHz=48 ,8 k Ω

Ri=vi

ii

=RBB||Ri ,T=RBB||[h ie+(h fe+1)⋅RE ]=50∗(510+5,2∗511)50+3167 ,2

=1583603217 ,2

=49 ,22 k Ω

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzI(RC) / I(C1)

0

5

10

a i , sim|f =1 kHz=9,3

a i=io

ii

=ib

ii

⋅ic

ib

⋅io

ic

=RB

RB+Ri , T

⋅hfe⋅hoe

−1

hoe−1+RC

=RB

RB+hie+(hfe+1 )⋅RE

⋅hfe⋅hoe

−1

hoe−1+RC

=9,3

4.5.3. Etajul de amplificare cu TB în conexiunea colector comun (CC) sau repetor pe emitor

Se deschide un proiect pentru analiză în mediul ORCAD şi se desenează schema din fig. 4.10.

Se realizează o analiză de c.a. ca la secţiunea 4.5.1.

Se determină PSF-ul pentru Q1 şi se notează: VBE = 6.62E-01, VCE = 2.76E+00 şi IC =

1.00E-03 .

Amplificarea în tensiuneSe vizualizează amplificarea în tensiune

funcţie de frecvenţă, V(RL:1)/V(Vi:+) şi se salvează într-un document WORD. Se determină banda de frecvenţă a amplificatorului (banda la 3 dB): fj = 26,83Hz, fs = -Hz.Se determină din graficul obţinut amplificarea în tensiune pentru f= 1 kHz şi se notează:

4

av , sim|f =1kHz=V (RL:2) /V( Vi+)=986,432Se calculează amplificarea în tensiune, av,calc = ………… cu relaţia (4.18) şi se compară cu cea obţinută prin simulare.

av=vo

v i

=(h fe+1)⋅ib⋅( RE||R L)

hie⋅ib+(hfe+1 )⋅ib⋅( RE||RL)≃

( RE||RL )1gm

+(RE||RL)= 5,2∗4 /5,2+4

25+5,2∗4 /5,2+4= 2 ,26

27 ,26=0 ,08

(4.18)

Rezistenţa de intrareSe vizualizează rezistenţa de intrare în c.a.: V(Vi:+)/I(C1), se salvează într-un document

WORD şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: Ri , sim|f =1kHz=47,54 k Ω

. . Se calculează Ri,calc cu relaţia (4.15), Ri,calc = ……….. şi se compară cele două rezultate obţinute. Notă: Pentru calculul parametrului hie se va folosii hfe = β = 510.

Ri=vi

ii

=RBB||Ri ,T=RBB||[h ie+(h fe+1)⋅(RE||RL) ]=50∗(510+511(5,2∗4 /5,2+4 )50+1664

=832431714

=48 ,56 kΩ

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(Vi:+) / I(C1)

0

20K

40K

60K

Amplificarea în curentSe vizualizează amplificarea în curent: I(RL)/I(C1), se salvează într-un document WORD

şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: a i , sim|f =1 kHz=I (RL) /I( IC)=11,72

. . Se calculează ai,calc = ………. cu relaţia (4.19) şi se compară cele două rezultate obţinute.

5

Fig. 4.11. Etaj de amplificare cu TEC-MOS în conexiunea SC

0

VC C

12V dc

R 210MEG

C 3

100u

VD D VD D

R D5k

0

0

V i1m V ac0V dc

R L5k

0

R 130MEG

C 2

220uR S1k

C 1

100n

00

M1M2N 7000

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzI(RL) / I(C1)

0

4

8

12

a i=io

ii

=ib

ii

⋅ie

ib

⋅io

ie

=RB

RB+Ri , T

⋅(h fe+1)⋅(−1 )RE

RE+RL

=11 ,72 (4.19)

4.5.4. Etajul de amplificare cu TEC-MOS în conexiunea sursă comună

Se deschide un proiect pentru analiză în mediul ORCAD şi se desenează schema din fig. 4.11.

Se realizează o analiză de c.a. ca la secţiunea 4.5.1.Se determină PSF-ul pentru M1 şi se notează:

VGS = -1.41E-29 , VDS = -5.64E-29 şi ID = -0.00E+00 .

Amplificarea în tensiuneSe vizualizează amplificarea în tensiune funcţie de

frecvenţă, V(RL:1)/V(Vi:+) şi se salvează într-un document WORD. Se determină banda de frecvenţă a amplificatorului (banda la 3 dB):

fj = ………..Hz, fs = ………..Hz.Se determină din graficul obţinut amplificarea în tensiune pentru f= 1 kHz şi se notează:

av , sim|f =1kHz=V (RL:2) /V( Vi+)=168,35Se calculează amplificarea în tensiune, av,calc = ………… cu relaţia (4.22) şi se compară cu cea obţinută prin simulare. Pentru determinarea parametrului β se va folosii ecuaţia de dispozitiv:

I D=β⋅(V GS−V T )2=510∗( -1. 41E-29 -1,73 )2

şi datele din PSF. Tensiunea de prag pentru acest tranzistor este: VT = 1,73 V.

av=vo

v i

=−gm⋅(r ds||RD||RL )≃−gm⋅( RD||RL )

, în care gm=2⋅β⋅(V GS−V T )

(4.22)

Rezistenţa de intrare

6

VC C

12V dc

R 210MEG

C L 100u

VD D VD D

0

0

V i1m V ac0V dc

R L5k

0

R 130MEG

R S1k

C 1

100n

00

M1M2N 7000

Fig. 4.12. Etaj de amplificare cu TEC-MOS în conexiunea DC

Se vizualizează rezistenţa de intrare în c.a.: V(Vi:+)/I(C1), se salvează într-un document

WORD şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: Ri , sim|f =1kHz=7,668MΩ

. . Se calculează Ri,calc cu relaţia (4.20), Ri,calc = ……….. şi se compară cele două rezultate

obţinute.

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(Vi:+) / I(C1)

0

2.0M

4.0M

6.0M

8.0M

Ri=vi

ii

=RGG=R1||R2=30∗1040

=7,5 M Ω

Amplificarea în curentSe vizualizează amplificarea în curent: I(RL)/I(C1), se salvează într-un document WORD

şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: a i , sim|f =1 kHz=211,946

. .

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzI(RL) / I(C1)

0

100m

200m

300m

4.5.5. Etajul de amplificare cu TEC-MOS în conexiunea drenă comună

Se modifică în proiectul anterior schema amplificatorului astfel încât să corespundă cu cea din fig. 4.12.

7

Se realizează o analiză de c.a. ca la secţiunea 4.5.1.Se determină PSF-ul pentru M1 şi se notează: VGS = 1.91E+00, VDS = 1.09E+01. şi ID = 1.09E-03.

Amplificarea în tensiuneSe vizualizează amplificarea în tensiune funcţie de frecvenţă, V(RL:1)/V(Vi:+) şi se

salvează într-un document WORD. Se determină banda de frecvenţă a amplificatorului (banda la 3 dB):

fj = ………..Hz, fs = ………..Hz.Se determină din graficul obţinut amplificarea în tensiune pentru f= 1 kHz şi se notează:

av , sim|f =1kHz=907 , 83Se calculează amplificarea în tensiune, av,calc = ………… cu relaţia (4.25) şi se compară cu cea obţinută prin simulare. Parametrului β are aceeaşi valoare ca la secţiunea 4.5.4.

av=vo

v i

=RS||RL

1gm

+(RS||R L)≤1=1∗5 /5

25+1=0 ,038

Rezistenţa de intrareSe vizualizează rezistenţa de intrare în c.a.: V(Vi:+)/I(C1), se salvează într-un document

WORD şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: Ri , sim|f =1kHz=7,66MΩ

. . Se calculează Ri,calc cu relaţia (4.23), Ri,calc = ……….. şi se compară cele două rezultate

obţinute.

Ri=vi

ii

=RGG=R1||R2=30∗1040

=7,5 M Ω

Frequency

1.0Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHzV(Vi:+) / I(C1)

0

2.0M

4.0M

6.0M

8.0M

Amplificarea în curent

8

Se vizualizează amplificarea în curent: I(RL)/I(C1), se salvează într-un document WORD

şi se notează valoarea acesteia pentru f= 1 kHz: a i , sim|f =1 kHz=. .. . .. .. . .. ..

. .

4.6. Interpretarea rezultatelor

Se completează tabelul 4.1 cu rezultatele obţinute prin simulare şi prin calcul.Tabelul 4.1

Nr. crt.

Tip amplificator Ri av ai

calculată simulată calculată simulată calculată simulată1 Cu TB în conexiunea EC 45,55kΩ 46,6kΩ -80 72,67 189,3 0,443

2 Cu TB în conexiunea SD 49,22kΩ 48,8kΩ -0,76 0,76 9,1 9,3

3 Cu TB în conexiunea CC 48,56kΩ 47,54kΩ 0,08 986,43 10,13 11,72

4 Cu TEC-MOS în conexiunea SC

7,5MΩ 7,668MΩ

- 168,35 - 211,94

5 Cu TEC-MOS în conexiunea DC

7,5MΩ 7,66MΩ 38 907,83 - -

4.7. Întrebări

1. Ce etaj a oferit amplificarea în tensiune cea mai mare?Raspuns: TB în conexiunea EC a oferit amplificarea în tensiune cea mai mare.

2. Ce etaj a oferit amplificarea în curent cea mai mare?Raspuns: TB în conexiunea EC a oferit amplificarea în curent cea mai mare.

3. Ce etaj a oferit rezistenţa de intrare cea mai mare?Raspuns:TEC-MOS în conexiunea SC si TEC-MOS în conexiunea DC au oferit rezistenţa de intrare cea mai mare.

9