BC107B

Materie:Appunti
Categoria:Elettronica

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Testo

RELAZIONE DI ELETTRONICA
I.T.I.S. S. Fedi - Pistoia
Gruppo: Niccoli Damiano, Frosini Giacomo
Classe: IV AK
A.S. 1999 / 2000

Titolo esperienza: Studio in frequenza di un amplificatore a BJT

Commenti:

Descrizione:
Montare un amplificatore con l’utilizzo di un BC107B dati i valori di resistenza e fissata una determinata frequenza di taglio inferiore. Per determinare le capacità di accoppiamento eseguire i calcoli. Una volta realizzato lo schema elettrico fare le seguenti prove:
1. Misura di Ri
2. Misura di Ro
3. Misura dell’amplificazione di tensione (a vuoto e con carico)
4. Misura dell’amplificazione di corrente
5. Risposta in ampiezza
6. Risposta in frequenza
Strumenti:
• generatore di segnali EM 135 M UNAOHM (resistenza interna 50 g)
• oscilloscopio PHILIPS PM 3206 15 MHz
• multimetro digitale METRIX MX 545
Schema elettrico:

Procedimento:
Prima di analizzare separatamente la realizzazione di ogni prova occorre determinare le capacità che dovranno essere poste per accoppiare il sistema. Abbiamo stabilito di realizzare un amplificatore con una frequenza di taglio inferiore di 100 Hz. Per cui, conoscendo inoltre che R1 = 33 ke, R2 = 10k ,, Rc = 2,7 k, e Re = 1 k siamo in grado di calcolarci tramite le formule:

Questi parametri ci consentono di poter calcolare le capacità in modo da poter ottenere l’amplificatore desiderato. Per i calcoli abbiamo utilizzato i valori di resistenza sopra riportati e i parametri del transistor BC107B che abbiamo ritenuto più adatti: hie = 4,5 ki, hfe = 330, Rs =50 ,.
Abbiamo quindi ottenuto:
Rce = 13,5 R Rca1 = 2,9 k Rca2 = 3,7 k
Ce = 118 CF Ca1 = 2,2 FF Ca2= 1,7 FF
Come possiamo vedere le due capacità Ca1 e Ca2 appaiono simili: pertanto abbiamo utilizzato due capacità da 2 F. Per quanto riguarda Ce, possiamo veder che risulta una capacità prossima a 100 FF: è proprio questo il valore che abbiamo adottato. Ai fini della determinazione della frequenza di taglio inferiore, è Ce la capacità più importante: le altre due vengono spesso prese 10 volte più piccole (sono semplicemente le capacità di accoppiamento). Ora non ci resta altro che introdurre le varie prove con i risultati ottenuti.
Analisi della risposta in ampiezza:
In questa prova vogliamo stabilire che tipo di risposta in ampiezza ha il nostro dispositivo. Per far ciò dobbiamo assicurarci di operare in centro banda: basterà quindi agire effettuare le misurazioni una decade verso destra rispetto alla frequenza di taglio inferiore. Per prima cosa dovremo quindi impostare sul generatore di segnali una frequenza di 1 kHz (controllando il segnale con l’oscilloscopio anche durante le misure e controllando l’offset). Lo scopo di questa prova è fornire un segnale di ingresso e controllare l’uscita aumentando progressivamente l’ampiezza: quando comincerà a distorcersi effettueremo delle misure più accurate in modo da determinare il limite d’ampiezza consentito in ingresso all’amplificatore. Tutto questo, come già detto, deve essere fatto mantenendo la frequenza del segnale costante e l’offset uguale a 0.
Il generatore di segnali non può fornire in uscita ampiezze del segnale troppo piccole (in teoria il nostro amplificatore dovrebbe avere un’amplificazione attorno a 130, 200), per cui siamo costretti a porre in serie all’alimentazione una resistenza che crei una caduta di tensione tale da non permettere un’immediata distorsione del segnale. Con l’oscilloscopio controlliamo direttamente l’ingresso e l’uscita, pertanto, dall’esperienza pratica, ho ricavato: Vi = 25 mV, Vo = 4 V
Tramite questi dati posso ricavarmi il guadagno a vuoto, che corrisponde quindi a 160.
Calcolo della resistenza di ingresso Ri:
Ogni quadripolo può essere rappresentato mediante un valore di resistenza che può essere misurata ai terminali di ingresso. Nel nostro caso specifico per determinarci il valore di resistenza di ingresso possiamo ricorrere alle formule riguardanti gli amplificatori:
per approssimazione possiamo scrivere che Ri = Rb // hie, quindi ricaviamo che Ri = 2,8 k/.
A questo punto dobbiamo ricavarci sperimentalmente il valore di Ri tramite gli strumenti. Come possiamo vedere dal disegno a fianco, abbiamo inserito un trimmer multigiro con un valore massimo di 10 k0 (in previsione di ottenere un valore di circa 3 k ). Ponendo le sonde dell’oscilloscopio ai capi del trimmer, e quindi facendo la differenza tra i canali, eravamo in grado di determinare la caduta di tensione sul dispositivo stesso. Applicando la tensione massima all’ingresso, ci aspettavamo di trovare una tensione esattamente della metà sul trimmer quando questo avrebbe assunto un valore di resistenza pari ad Ri (Ri si ricorda che è la resistenza vista ai terminali di ingresso dell’amplificatore). Una volta trovato quel determinato valore di tensione (12,5 mV), siamo in grado di definire il valore di resistenza Ri misurando la resistenza ai terminali del trimmer. Nel nostro caso abbiamo ottenuto Ri = 2,9 k .
Calcolo della resistenza di uscita Ro:
Ancora una volta possiamo dire che qualsiasi quadripolo presenta una resistenza di uscita Ro caratteristica che rappresenta la resistenza che abbiamo ai terminali di uscita. Per avere un valore di resistenza possiamo ricorrere ai calcoli teorici: in questa configurazione possiamo approssimare con Ro = Rc, per cui Ro = 2,7 kp.
Ricorriamo anche questa volta ad un espediente che prevede l’utilizzo di un trimmer multigiro per calcolarsi in modo sperimentale il valore di Ro. Ponendo come in figura il trimmer multigiro, quando in uscita otteniamo una tensione dimezzata rispetto a quella che ci aspettiamo di trovare (applicando in ingresso sempre la tensione massima ricavata nella prima prova), vuol dire che abbiamo raggiunto il valore di resistenza Ro. Questo perché nello stadio d’uscita è come se avessimo un generatore di corrente dipendente dai parametri di ingresso: applicando quindi a questo generatore di corrente una resistenza pari ad Ro/2 (praticamente quando abbiamo in parallelo Ro e il trimmer con un valore medesimo), otteniamo una caduta di tensione dimezzata rispetto a quando abbiamo l’amplificatore funzionante a vuoto. Infatti abbiamo una corrente costante e quindi dimezzando il valore di corrente si ottiene un dimezzamento del valore di tensione ( V = RI ). Nella prova ho ottenuto un valore di resistenza pari a Ro = 2,8 .
Misura dell’amplificazione di tensione e di corrente:
Ogni amplificatore può essere designato dalle proprie caratteristiche di amplificazione. Per quanto riguarda l’amplificazione a vuoto, possiamo ricondurci alla prima prova inerente alla risposta in frequenza dell’amplificatore. Possiamo così dire che l’amplificazione di tensione a vuoto di questo dispositivo è Av = 160.
Per la misura dell’amplificazione a carico, possiamo porre un carico pari a 2,7 kn (pari alla resistenza di uscita del dispositivo). In questo modo, sempre applicando la massima ampiezza di tensione in ingresso che abbiamo riscontrato nella prima prova, possiamo vedere che la tensione di uscita si dimezza e quindi anche il guadagno: Vo= 1,9V, Av = 76
Allo stesso modo possiamo calcolarci il guadagno di corrente con il carico applicato:

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Esempio