Fyzikální praktikum II |
úloha 15 |
Charakteristiky triody
Studijní text
Pracovní úkol:
- Změřte anodové charakteristiky triody EC(C)83. Mřížkové napětí Ug
měňte od 0 do -2 V po krocích 0,5 V. Při měření nepřekračujte maximální anodovou
ztrátu Pa = 0,2 W. Anodové napětí zvyšujte maximálně do 120 V.
- Změřte závislost zesílení A = Uvýst/Uvst (poměr
výstupního napětí ke vstupnímu) triodového zesilovače na frekvenci pro
Ug = -0,5 V, Ua = 120 V,
Ra = 105 Ω a Ra = 5.103 Ω
Uvst = 0,2 V ve frekvenčním rozsahu 30 Hz – 100 kHz.
- Změřte závislost zesílení A na velikosti anodového odporu pro
Ua = 120 V v rozsahu
Ra = 5.103 –
105 Ω. Ug = -1 V při f = 1 kHz,
Uvst = 0,2 V.
- Anodové charakteristiky zpracujte graficky. V grafu vyznačte oblast, kde by byla
překročena anodová ztráta Pa = 0,2 W. Zakreslete rovněž
zatěžovací přímky pro obě hodnoty anodového odporu Ra z úkolu
2. Určete odpovídající pracovní body a stanovte příslušné hodnoty zesílení a průběh
frekvenčních charakteristik.
Poznámky
Je-li anoda triody připojena ke zdroji anodového napětí Uz přes anodový odpor
Ra, pak zatěžovací přímka vytíná na ose napětí anodové charakteristiky úsek
Uz a na ose proudu úsek Uz/Ra. Tak ji lze snadno
zakreslit. Přímka ukazuje, jak v důsledku spádu napětí na anodovém odporu klesá napětí na anodě,
jestliže roste anodový proud. Je zřejmé, že pracovní bod triody lze určit graficky jako průsečík
zatěžovací přímky s anodovou charakteristikou triody změřenou pro odpovídající napětí mřížky Ug.
Pro vynášení frekvenční charakteristiky je vhodné užít logaritmické stupnice jak pro frekvence,
tak pro zesílení. Místo absolutních hodnot zesílení Uvýst/Uvst
(nebo též spolu s nimi) lze na svislou osu vyznačit velikost zesílení v decibelech [dB] :
Adb = 20.log(Uvýst/Uvst)
Abychom vysvětlili výhody tohoto způsobu zobrazení, ukažme, jak se projevuje například vliv
vazebního kondensátoru Cg1 spolu s mřížkovým odporem Rg
(viz obr. 1 na stránce 98 v [1]). Snadno zjistíme, že zesílení je pak úměrné výrazu
ω τ (1 + ω2τ2)1/2
kde τ je časová konstanta = Rg1.Cc1.
Pro ω << 1/τ je tedy zesílení prakticky konstantní,
pro ω = 1/τ poklesne v poměru sqrt(2):1, čili přibližně o 3 dB a
pro ω >> 1/τ klesá zesílení úměrně frekvenci, tedy s poklesem přiblžně
o 6 dB na oktávu (oktávou se přitom rozumí změna frekvence na dvojnásobek či na polovinu).
Uvažovaná kombinace kondenzátoru s odporem tedy propouští vyšší frekvence a potlačuje nízké,
je to jednoduchý případ tzv. hornofrekvenční propusti. Ve zmíněném grafickém zobrazení bude
závislost mít při vysokých frekvencích vodorovnou asymptotu, při nízkých frekvencích asymptotu
se směrnicí 1 (použijeme-li na obou osách stejného měřítka). Obě asymptoty se protínají při
frekvenci ω = 1/τ, (tzv. frekvenci zlomu) a zhruba vystihují průběh
frekvenční charakteristiky. Charakteristiku zesilovače při nízkých frekvencích ovšem může ovlivnit
ještě další zlom způsobený kondenzátorem Cv spolu s odporem Rg2
(v zapojení na obr. 3 hraje roli tohoto odporu vstupní odpor voltmetru). V oblasti vysokých frekvencí
je situace obdobná, obrázek je ovšem zrcadlově symetrický a dolnofrekvenční propust, která snižuje
zesílení při nejvyšších frekvencích, je tvořena vstupní kapacitou nízkofrekvenčního voltmetru,
kterým měříme zesílené napětí, a paralelní kombinací odporů Ra, Rg2
a vnitřního odporu elektronky.