電晶體放大電路

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斜期巫
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一實習目的訊號產生電路 1. 了解方波三角波及鋸齒波產生電路之基本原理與應用 2. 以運算放大器為主動元件, 分析及設計各種非正弦波產生器電路二使用材料實習一方波產生器項目編號名稱數量 5k 1 電阻 10k 2 20k 1 30k 1 電容 0.1μ 1 0.

1 一實習目的訊號產生電路 1. 了解方波三角波及鋸齒波產生電路之基本原理與應用 2. 以運算放大器為主動元件, 分析及設計各種非正弦波產生器電路二使用材料實習一方波產生器項目編號名稱數量 5k 1 電阻 10k 2 20k 1 30k 1 電容 0.1μ μ 1 二極體 D ( 小功率整流用 ) 2 運算放大器 A A 741 放大器輸出入腳位圖實驗二三角波產生器項目編號名稱數量電阻電容運算放大器 A 741 1k 1 2k 1 10k 2 20k 1 30k 1 0.1μ μ 1 A 741 放大器 2

2 實驗三鋸齒波產生器 ( 一 ) 項目編號名稱數量電阻電容 220Ω 1 1k 1 10k 1 0.1u u 1 二極體 D ( 小功率整流用 ) 1 電晶體 Q 運算放大器 A 741 A 741 放大器 2 實驗四鋸齒波產生器 ( 二 ) 項目編號名稱數量電阻 10k 2 30k 2 可變電阻 V 100k 1 電容 0.1u 1 二極體 D ( 小功率整流用 ) 2 電晶體 Q 運算放大器 A 741 A 741 放大器 2 三相關知識低頻偉恩電橋震盪器相移震盪器震盪電路正弦波非正弦波高頻 L 三角波方波哈特來震盪器史密特觸發器加上積分器史密特觸發器訊號產生電路的目的是為了產生波形, 波型又可分作正弦波與非正弦波, 其中包含了弦波方波和三角波, 我們可以利用一些震盪器電路來實現所想要的波形

3 V o V1 V2 首先先介紹比較器, 比較器的電路圖如上圖所示, 在輸出與輸入之間沒有任何的回授電路, 輸出與輸入的關係式如下, 其中 G 為運算放大器的增益當為正值時, ; 當為負值時,, 其中為運算放大器的最大輸出電壓如果將比較器電路改成下圖所示 Vi V o 當大於零電壓時, ; 當小於零電壓時, 波形如下圖 Vsat -Vsat 因此我們可以簡易的利用比較器來組成方波產生器的電路但因為臨界電壓為 0, 所以常會誤觸發而使得輸出的波形形成不正常的轉換, 並非我們所想要的正常方波史密特觸發電路史密特觸發 (Schmidt Trigger) 它屬於進階的比較器, 它具有遲滯的特性, 可以把原本變化不明顯的訊號, 轉換成高低電位差明顯的穩定訊號輸出

4 Vi V o 1 2 和之間形成遲滯區, 當電壓大於臨界電壓時才會觸發, 形成高低電位下圖為輸入及輸出的波形圖 Vi VTH 0 VTL Vsat Vo 0 -Vsat 下圖是轉換特性曲線當大於時,, 而大於時, 可以由下圖來清楚的了解 Vo Vsat VTL VTH Vi -Vsat 實習一方波產生器 1. 如圖一所示的電路圖中, 由 1 2 形成正回授電路, 使其具有史密特觸發器

5 之特性, 其輸出在 V sat 及 -V sat 間轉換 2 2. 非反相端之電壓為 Vsat Vsat, 此為轉換之上下臨界位準輸出端電壓 ±V sat 自動對電容充電至臨界位準時, 使輸出端電壓自動轉換, 因而產生連續之方波輸出 4. 電容上之波形應為充放電之鋸齒波形 1 5. 輸出波形之震盪頻率理論值為 f 2 2 ln 充放電情況如下圖 (a) (b) 中所示, 輸出在 V sat 及 -V sat 時經由不同之路徑對充放電, 故具有不同的時間常數, 因而產生非對稱之方波 2 7. 我們定義 β= 1 2, 當加入電源時,V o = V sat, 則 V =βv Sat 代表 V > V-, V o 一定是 V sat 而此時 V- 比 V o 還小, 所以就會有電流經由向充電, 使得電容兩端的電壓 V c 越來越大, 一直到 V- =βv Sat 以後, 變成 V- > V, 則 V o =-V sat 8. 當 V o =-V sat 時,V 重新分配, 得到 V =-βv Sat 則 V- =βv Sat > V =- βv Sat, 即電容器上的電壓 V c > V o, 則電容器將由經開始放電, 放電的結果使得 V c 由 βv Sat 一直下降, 直到 V c =-βv Sat 以後, 又變成 V- < V, 則 V o 又變成 V sat, 電容將再次被充電, 然後又放電, 然後一直重覆此動作 =10k 15V V c 0.01 F V o 1 =30k 2 =10k 圖一

6 =10k =10k 15V 充電 15V 放電 V c 0.01 F V o =V sat V c 0.01 F V o =-V sat 1 =30k 1 =30k 2 =10k 2 =10k 圖 (a) 充電情況圖 (b) 放電情況實驗二三角波產生器 1. 實驗電路圖, 如圖二所示,OP1 為反相積分器, 藉著固定電流對電容充放電, 以產生具有斜升及斜降之三角波 2. OP2 為史密特觸發器, 其作用就如同一個開關, 使其輸出 V o2 自動在 V sat 及 -V sat 間轉換, 以控制積分器電容之充放電, 並得到方波 3. 本實驗電路中, 根據其動作原理可預測 V o1 為三角波輸出,V o2 則為方波輸出使 V o2 轉換之臨界位準為 Vsat, 其中 n, 故若 1 2 則 n 1, 其臨界 n 位準將大於 V sat, 使 V o1 之鋸齒波永遠不可能達到此臨界位準, 故在示波器上將只看到一個固定位準之水平線 5. 輸出頻率之理論值計算為 f n 4 2 V sat 15V OP1 V o1 2 15V OP2 V o2 1 圖二實驗三鋸齒波產生器 ( 一 )

7 1. 圖三是一個鋸齒波產生電路,OP1 是一個積分器, 所以可得 V o1 為鋸齒波, OP2 是一個電壓比較器, 其輸出 V o2 控制 Q 1 ( 電晶體 ) 的導通與否 I Vs 2. 利用積分器原理, 讓電容器以定電流 I 充電, 則 V O = V = t, I = V S 為固定電壓, 則 I 為固定電流, 因此 V c 將隨時間 t 的增加而上升, Vo1 Vc V, 而 V 0, 所以 V o1 = V, 此時為上升斜坡 3. 當 V o1 = V ref 時, 使得 OP2 的 V V, 則 V o2 = V sat ( 故 D1;ON,Q1;ON); 則電晶體 Q1 導通後會迅速把電容的電荷放光, 此時為下降斜坡, 使得 Vo1 Vce 0. 2V 致 OP2 的 V 0. 2V, V V, 則 OP2 的 V o2 = V sat ( 故 D1;OFF,Q1;OFF); 電容又重新以定電流 I 充電, 直到 V o1 = V ref, 又重複的循環下去 4. 輸出波形之頻率理論值計算為 f Vs Vref 1 5. 調整不同的 V ref 與 V s 能得到不同的振盪頻率, 此種電路稱為壓控振盪器 b D1 V - 15V 15V V S I OP1 V O1 OP2 V O2 Vref 圖三實驗四鋸齒波產生器 ( 二 ) 1. 如下圖四 -1,OP1 為反向積分器,OP2 為史密特磁滯比較器 ; 把 OP2 的輸出方波經由 OP1 反向積分以後, 得到 V o1 為三角波 2. 不過因為充放電路徑上電阻值不同, 所以充放電的時間不同, 如下圖四 -2, 導致上升波和下降波的斜率不一樣, 形成一個鋸齒波形

8 V 15 V OP1-15 V V o V OP2-15 V V o2 1 圖四 -1 上升波下降波 V 15 V 15 V OP1 V o1 OP1 V o1-15 V -15 V 圖四 -2 四實習項目 * 注意 : 做圖三 ( 鋸齒波產生器一 ) 時務必先接妥輸入的電壓源與訊號源才可開啟電壓開關 ( 要同時給電壓源與訊號源電壓 ) 否則 UA741I 會燒毀, 如果先接上訊號源, 則 OP 摸起來會到感覺燙燙的, 可能導致燒燬在 LAYE 電路板上的電路如果沒有用到, 圖三 ( 鋸齒波產生器一 ) 的電路務必把開關都開到 OFF 以免誤送電壓源使 UA741 燒毀電源皆使用正負 12V 電壓實習一方波產生器 1. 如下圖所示接妥電路, 並以示波器同時觀察 V o 及 V c 波形, 並記錄下來 2. 輸出波形位準位理論值 : V V 量測得 V o sat 使輸出之波形上下轉換的臨界電壓準位的理論值為 V 2, 實際實驗值為方波之頻率 f KHz 1 2 sat o

9 =10k 15V V c 0.01 F V o 1 =30k 2 =10k 波形實驗值理論值 V o 12.02V T f 183us 5.434kHz

10 改變元件值, 以示波器觀察並將波形及數值記錄下來 (1) =20kΩ,=0.1μF, 1 =10kΩ, 2 =30kΩ 波形實驗值理論值 V o T f (2) =20kΩ,=0.01μF, 1 =10kΩ, 2 =30kΩ 波形實驗值理論值 V o T f

11 3. 將電路改成圖五, 觀察其 V o 及 V c 波形並記錄相關數值 10k 5k V c 15V 0.01 V o 10k 20k 圖五波形

12 V o 12.92V 實驗值理論值 T f 394us 2.551kHz 實驗二三角波產生器 1. 如下圖所示接妥電路, 取 =10kΩ,=0.1μF, 1 =20kΩ, 2 =10kΩ 2. 觀測 V o1 及 V o2, 並在同一座標平面上繪出其波形, 且把 Vsat T 及 f 的值記錄下來, 並與理論值相比較 15V OP1 V o1 2 15V OP2 V o2 1 波形實驗值理論值

13 ±V sat T f 3. 改變元件值, 重複步驟 2 (1) =1kΩ,=0.1μF, 1 =30kΩ, 2 =10kΩ 波形實驗值理論值 ±V sat T f

14 (2)=10kΩ,=0.01μF, 1 =10kΩ, 2 =2kΩ 波形實驗值理論值 ±V sat T f 4. 若取 2 1 時, 波形會變成如何? 波形

15 實驗三鋸齒波產生器 ( 一 ) 1. 如下圖所示接妥電路, 令 =10kΩ =0.1μF V S =1 V V ref = 10 V, 則該鋸齒波的頻率是多少? 並繪出 V o1 和 V o2 的波形 b D1 V - 15V 15V V S I OP1 V O1 OP2 V O2 Vref V o1 波形 V o2 波形

16 2. 若 V ref = 5 V, 則頻率與波形將如何變化? V o1 波形 V o2 波形 3. 若 V S =1 V V ref =2 V =1kΩ =0.01μF, 則該鋸齒波的頻率是多少? 並繪出 V o1 和 V o2 的波形 V o1 波形 V o2 波形

17 實驗四鋸齒波產生器 ( 二 ) 1. 如下圖所示接妥電路, 令 1 =30kΩ 2 =10kΩ V =100kΩ =10kΩ =0.01μF 並求 V =50k 時, 再分別繪出 Vo 1 及 V o2 的波形? V 15 V OP1-15 V V o V OP2-15 V V o2 1 V o1 的波形 V o2 的波形

18 2. 令 1 =30kΩ 2 =10kΩ V =100kΩ =20kΩ =0.1μF 並求 V =50k 時, 在分別繪出 V o1 及 V o2 的波形? V o1 的波形 V o2 的波形 3. 當 V 改變時 ( 電阻值變大或變小 ), 則該 V o1 與 V o2 的波形將如何變化? (1) 當 V =30K 時, 請繪出 V o1 與 V o2 的波形

19 V o1 的波形 V o2 的波形 (2) 當 V =80K 時, 請繪出 V o1 與 V o2 的波形 V o1 的波形 V o2 的波形五參考資料 1. 微電子學 2. 電子實習 ( 下 ), 蔣春墓周定編著, 全華圖書

20 附件一實習結果圖一 ( 方波產生器 ); 當 = 2 =10K, 1 =30K,=0.01uF Vo; 方波,f=5.37KHz,Vp-p=8.6V Vc; 三角波,f=5.37KHz,Vp-p=8.6V 圖二 ( 方波產生器 ); Vo; 方波,f=2.27KHz,Vp-p=28.4V Vc; 三角波,f=2.27KHz,Vp-p=20V 圖三 ( 三角波產生器 ); 當 = 2 =10K,1=20K,=0.1uF Vo1; 三角波,f=467KHz,Vp-p=16V Vo2; 方波,f=467KHz,Vp-p=28.4V

21 圖四 ( 鋸齒波產生器一 ); 當 = 1K, b =220,=0.1uF,Vs=V,Vref=V Vo1; 鋸齒波,f=8.06KHz,Vp-p=1.42V Vo2; 三角截波,f=8.06KHz,Vp-p=15V 圖五 ( 鋸齒波產生器二 ); 當 = 10K, 1 =30K,=0.01uF Vo1; 三角波,f=2.21KHz,Vp-p=12.4V Vo2; 方波,f=2.21KHz,Vp-p=29.2V 改變 V 可以改變上升時間 ( 充電時間 )

電晶體放大電路

電晶體放大電路電晶體偏壓電路及共射極放大電路一實習目的 () 了解電晶體偏壓電路和工作點與穩定度等觀念 (2) 熟悉電晶體各種偏壓的電路 (3) 了解共射極電晶體基本放大電路 (4) 能量測共射極電晶體基本放大電路的交流參數二使用材料零件名稱零件值數量 KΩ 2 2 KΩ 2.2 KΩ 3.3 KΩ 4.7 KΩ 電阻 0 KΩ 2 5 KΩ 22 KΩ 47 KΩ 68 KΩ 00 KΩ 2 可變電阻