doc5 Tranzystorowy wzmacniacz różnicowy Spis treści 1 Cel ćwiczenia
download 
Reklamacja Transkrypt
5 Tranzystorowy wzmacniacz różnicowy Spis treści 1 Cel ćwiczenia
LABORATORIUM ELEKTRONIKI Ćwiczenie - 5 Tranzystorowy wzmacniacz różnicowy Spis treści 1 Cel ćwiczenia 1 2 Podstawy teoretyczne 2.1 Tranzystorowe źródło prądowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Lustro prądowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Wzmacniacz różnicowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 3 3 Przebieg ćwiczenia 3.1 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej UwyR = f (UweR ) . . . . . . . . . . . . 3.2 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej UwyR = f (UweS ) . . . . . . . . . . . . 5 5 7 4 Sprawozdanie 9 5 Niezbędne wyposażenie 9 Protokół Wyniki pomiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Cel ćwiczenia • Poznanie zasady działania tranzystorowego wzmacniacza różnicowego • Zbadanie i porównanie różnych rodzajów układów różnicowej pary tranzystorów 1 10 10 LABORATORIUM ELEKTRONIKI 2 Podstawy teoretyczne 2.1 Tranzystorowe źródło prądowe Na rysunku 1a przedstawiono tranzystorowe źródło prądowe. Tranzystor pracuje z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, obciążenie połączone jest szeregowo z tranzystorem. U U obciążenie obciążenie R1 R1 Iwy IB UCE UBE IE IE UB R2 RE UB UE (a) RE (b) Rysunek 1: źródło prądowe a) z dzielnikiem napięcia b) z diodą Zenera Prądy wyjściowy źródła prądu: Iwy = IC ≈ IE = UE UB − UBE UB − 0, 6 = ≈ RE RE RE Prąd wyjściowy źródła (prąd kolektora) ustalamy poprzez napięcie bazy UB oraz rezystor emiterowy RE . Prąd wyjściowy ma stałą wartość i nie zależy od rezystancji obciążenia dopóki tranzystor znajduje się w stanie aktywnym, czyli dopóki napięcie UCE > UCE sat . Na rysunku 1b dzielnik napięcia polaryzujący bazę zastąpiono diodą Zenera. W układzie tym potencjał bazy jest w dużym stopniu niezależny od wahań napięcia zasilania. 2.2 Lustro prądowe Na rysunku 2a przedstawiono lustro prądowe w którym Iwy ≈ Iwe . Dla danego prądu Iwe napięcie UBE ustala się na poziomie od 0,5V do 0,7V. Jeśli tranzystory są identyczne to na ich bazach występuje takie samo napięcie zatem płyną takie same prądy bazy oraz prądy kolektorów. Przy czym prąd Iwy jest mniejszy od prądu Iwe o 2IB , gdzie IB jest prądem bazy. Jednak wzmocnienie prądowe tranzystora jest stosunkowo duże dlatego można pominąć prąd bazy i przyjąć Iwy ≈ Iwe . 2 LABORATORIUM ELEKTRONIKI U U Iwe obciążenie R1 Iwy Iwy1 Iwe obciążenie Iwy2 obciążenie R1 UBE (a) (b) Rysunek 2: Lustro prądowe a) z tranzystorami npn b) z tranzystorami pnp i dwoma wyjściami Wartość prądu źródła ustalamy w następujący sposób: Iwe ≈ IC = 2.3 U − UBE U − 0, 6 UR1 = ≈ . R1 R1 R1 Wzmacniacz różnicowy Wzmacniacz różnicowy to symetryczny wzmacniacz o dwóch wejściach i dwóch wyjściach. Składa się on z dwóch układów wspólnego emitera, których wyprowadzenia emiterów są połączone ze wspólnym źródłem prądowym. Podstawowy układ przedstawiono na rysunku 3a. Dla wzmacniacza różnicowego przyjmujemy następujące wielkości: • napięcie wejściowe różnicowe UweR = Uwe1 − Uwe2 , • napięcie wejściowe wspólne UweS = Uwe1 + Uwe2 , 2 • napięcie wyjściowe różnicowe UwyR = Uwy1 − Uwy2 . Przy identycznych napięciach Uwe1 i Uwe2 napięcie różnicowe UweR = Uwe1 −Uwe2 = 0, wzmacniacz pracuje symetrycznie, przez tranzystory płyną prądy o takim samym natężeniu. Zmiana napięcia wspólnego nosi nazwę wysterowania wspólnego. Wzmocnienie sygnału wspólnego wyznaczmy w przypadku zerowego napięcia różnicowego w następujący sposób: KuS = ∆UwyR |U =0 . ∆UweS weR W idealnym przypadku wzmocnienie KuS jest równe zeru, w praktyce ma ono niewielką wartość. 3 LABORATORIUM ELEKTRONIKI Przy wysterowaniu różnicowym napięcie UweR zmienia rozpływ prądów w skutek tego zmieniają się również napięcia wyjściowe. Wzmocnienie odpowiadające zmianie napięcia różnicowego UweR przy stałym napięciu wspólnym UweS wyznaczamy w następujący sposób: KuR = ∆UwyR |U =const . ∆UweR weS Stosunek wzmocnienia różnicowego i wspólnego nosi nazwę współczynnika tłumienia sygnału wspólnego (ang.: CMRR - Common Mode Rejection Ratio): CM RR = KuR KuS W idealnym przypadku KuS −→ 0 a przez co CM RR −→ ∞, w rzeczywistości CM RR ≈ 103 . . . 105 . +U RC U+ RC RC RC RE Uwy1 RE Uwy2 Uwe1 Uwe2 −U U− (a) układ podstawowy (b) układ z sprzężeniem emiterowym Rysunek 3: Schemat wzmacniacza różnicowego Podobnie jak w układzie ze wspólnym emiterem w wzmacniaczu różnicowym również można zastosować emiterowe sprzężenie zwrotne. W tym celu do obwodów emitera każdego z tranzystorów należy włączyć rezystor szeregowy jak na rysunku 3b. 4 LABORATORIUM ELEKTRONIKI 3 Przebieg ćwiczenia 3.1 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej UwyR = f (UweR ) Wyznaczyć charakterystykę przejściową UwyR = f (UweR ) dla układu: • z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym, • z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym, • z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci źródeł prądu. +15V zasilacz GWInstek UCH1 UCH2 -CH2+ -CH1+ 2kΩ 2kΩ UwyR V APPA 62 50Ω V 50Ω UweR APPA 207 2kΩ −15V Rysunek 4: Układ z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym W celu wykonania pomiarów: • połączyć układ jak na rysunku 4, • na kanale pierwszym i drugim zasilacza ustawić napięcie UCH1 = UCH2 = 15V oraz ograniczenie prądu ICH1max = ICH2max = 100mA, • zmieniając napięcie różnicowe UweR na wejściu potencjometrem w zakresie UweR ∈ (−1; 1)V zmierzyć napięcie różnicowe UwyR na wyjściu, • wyniki zapisać w tabeli 1, • analogicznie wykonać pomiary dla układów z rysunku 5 i 6. 5 LABORATORIUM ELEKTRONIKI +15V zasilacz GWInstek UCH1 UCH2 -CH2+ -CH1+ 2kΩ 2kΩ UwyR V APPA 62 50Ω V 50Ω UweR APPA 207 10kΩ 10kΩ 1kΩ −15V Rysunek 5: Układ z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym +15V zasilacz GWInstek UCH1 UCH2 -CH2+ -CH1+ 4, 7kΩ UwyR V APPA 62 50Ω V 50Ω UweR APPA 207 10kΩ 10kΩ 1kΩ −15V Rysunek 6: Układ z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci źródeł prądu 6 LABORATORIUM ELEKTRONIKI 3.2 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej UwyR = f (UweS ) Wyznaczyć charakterystykę przejściową UwyR = f (UweS ) dla układu: • z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym, • z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym, • z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci źródeł prądu. +15V zasilacz GWInstek UCH1 UCH2 -CH2+ -CH1+ 2kΩ 2kΩ UwyR V APPA 62 50Ω V 50Ω UweS APPA 207 2kΩ −15V Rysunek 7: Układ z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym W celu wykonania pomiarów: • połączyć układ jak na rysunku 7, • na kanale pierwszym i drugim zasilacza ustawić napięcie UCH1 = UCH2 = 15V oraz ograniczenie prądu ICH1max = ICH2max = 100mA, • zmieniając napięcie różnicowe UweS na wejściu potencjometrem w zakresie UweS ∈ (−1; 1)V zmierzyć napięcie różnicowe UwyR na wyjściu, • wyniki zapisać w tabeli 2, • analogicznie wykonać pomiary dla układów z rysunku 8 i 9. 7 LABORATORIUM ELEKTRONIKI +15V zasilacz GWInstek UCH1 UCH2 -CH2+ -CH1+ 2kΩ 2kΩ UwyR V APPA 62 50Ω V 50Ω UweS APPA 207 10kΩ 10kΩ 1kΩ −15V Rysunek 8: Układ z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym +15V zasilacz GWInstek UCH1 UCH2 -CH2+ -CH1+ 4, 7kΩ UwyR V APPA 62 50Ω V 50Ω UweS APPA 207 10kΩ 10kΩ 1kΩ −15V Rysunek 9: Układ z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci źródeł prądu 8 LABORATORIUM ELEKTRONIKI 4 Sprawozdanie 4.1 Charakterystyki przejściowe Wykreślić charakterystyki przejściowe UwyR = f (UweR ) oraz UwyR = f (UweS ) dla układu: • z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym, • z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym, • z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci źródeł prądu. 4.2 Obliczenia Obliczyć wzmocnienie napięciowe KuR i KuS oraz współczynnik tłumienia składowej sumacyjnej CM RR dla badanych układów. 4.2 Porównanie badanych układów i wnioski 5 Niezbędne wyposażenie • kalkulator naukowy • protokół [?, ?] 9 ĆWICZENIE - 5 GRUPA:oooooooooDATA: Protokół Wyniki pomiarów A - układu z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym B - układu z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym C - układu z źródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci źródeł prądu Tabela 1: Charakterystyka przejściowa UwyR = f (UweR ) A UweR [V ] ooooooooo UwyR [V ] ooooooooo B UweR [V ] ooooooooo UwyR [V ] ooooooooo C UweR [V ] ooooooooo UwyR [V ] ooooooooo Tabela 2: Charakterystyka przejściowa UwyR = f (UweS ) A UweS [V ] ooooooooo UwyR [V ] ooooooooo B UweS [V ] ooooooooo UwyR [V ] ooooooooo ooooooooo C UweS [V ] ooooooooo UwyR [V ] ooooooooo
