| Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych |
Skład grupy: Kamil Ignatowski – autor |
Wydział: elektryczny Rok: II Pon. Godz.11:15 Grupa: 3 Rok akad. : 2013/2014 |
| Laboratorium Podstaw Elektroniki | ||
Data ćw. : 9.12.2013 Nr ćwiczenia : 9 |
Temat: NIELINIOWE PRZETWORNIKI SYGNAŁU NA WZMACNIACZU OPERACYJNYM. UKŁAD LOGARYTMUJĄCY, POMIAROWY PRZETWORNIK AC-DC |
Ocena |
Cel ćwiczenia
Poznania zasad działania, budowy i badania układów nieliniowych na wzmacniaczu operacyjnym (WO), na przykładzie przetwornika logarytmującego oraz pomiarowego przetwornika prostującego sygnały przemienne.
Spis przyrządów:
Makieta wzmacniacza operacyjnego
Multimetr METEX MXD-4660A
Generator FG-8002
Oscyloskop PeakTech 2020GN 20MHz
Zasilacz ZSM-1/97 i ZNM-2/97
Układ pomiarowy:
Rys 1. Przetwornik logarytmujący napięcie wejściowe, z tranzystorem jako podstawowym elementem nieliniowym.
Wyniki pomiarów
Tab1. Badanie przetwornika logarytmującego – zerowanie wzmacniacza.
| Ui (typowe) | Ui | Uo |
|---|---|---|
| -10 V | -10,02 V | 0,5090 V |
| 10 V | 9,99 V | -0,6087 V |
| - 10 mV | -9,8 mV | 190,35 mV |
| 10 mV | 9,8 mV | -0,4264 V |
Tab2. Zestawienie wyników teoretycznych z praktycznymi
| Umax | Umin | |
|---|---|---|
| 10 V | 0,01 V | |
| Uo | Uo | |
| Otrzymano | -608,7 mV | -426,4 mV |
| Obliczono | -587,2 mV | -411,0 mV |
| Różnica | -21,5 mV | 15,4 mV |
Tab3. Charakterystyka przejściowa i transmitancja przetwornika logarytmującego.
| Ui (Typowe) | Ui | Uo |
|---|---|---|
| -10 V | -10,16 V | 0,5089 V |
| -3 V | -3,05 V | 0,4558 V |
| -1 V | -1,04 V | 0,4078 V |
| -300 mV | -0,309 V | 0,3511 V |
| -100 mV | -100,8 mV | 0,2970 V |
| -30 mV | - 30,5 mV | 0,2401 V |
| -10 mV | - 10,3 mV | 191,4 mV |
| 10 mV | 10,4 mV | -0,427 V |
| 30 mV | 30,6 mV | -0,4572 V |
| 100 mV | 101 mV | -0,4888 V |
| 300 mV | 0,309 V | -0,5179 V |
| 1 V | 1,04 V | -0,5492 V |
| 3 V | 3,05 V | -0,5771 V |
| 10 V | 10,17 V | -0,6083 V |
Wejście zwarte Uo = 95,3 mV
Wejście wiszące Uo = 99,3 mV T=22,9 °C R=46,91 KΩ
Obliczenia:
T=295,9 K
$$\varphi_{T} = \frac{\text{kT}}{q} = \frac{295,9K\ \bullet 1,3807 \bullet 10^{- 23}J/K\ }{1,6022\ \bullet 10^{- 19}\text{\ C}} = 25,4992\ mV\ \approx 25,5\ mV$$
A+ = −φT = −0, 0255
$$\beta_{+} = \frac{e^{\frac{U_{o}}{|A_{+}|}}}{U_{i}} = \frac{e^{\frac{0,43V}{| - 0,0255|}}}{2,1} = 10\ M$$
$$I_{\text{ST}} = \frac{1}{\beta_{+} \bullet R} = \frac{1}{10000000\ \bullet 46910} = 2,13\ pA$$
$$U_{o} = {- \varphi}_{T}\ln\frac{U_{I}}{R \bullet I_{\text{ST}}} = - 0,0255 \bullet ln\frac{2,1}{46910\ \bullet 0,00000000000213} = - 0,43\ V$$
Uo = −UBE
UBE = 0, 43 V
$$I_{C} = I_{\text{ST}} \bullet \left\lbrack e^{\frac{U_{\text{BE}}}{M \bullet \varphi_{T}}} - 1 \right\rbrack = 2,13\ pA\ \bullet \left\lbrack e^{\frac{0,43\ V}{1,8\ \bullet 0,0255}} - 1 \right\rbrack = 24.5\ nA$$
A− = MφT = 1, 8 • 25, 5 mV = 0, 0459
$$\beta_{\_} = \frac{e^{\frac{U_{o}}{A_{-}}}}{U_{i}} = \frac{e^{\frac{0,43V}{0,0459V}}}{2,1V} = 5576,2$$
$$I_{\text{SD}} = \frac{- 1}{\beta_{-} \bullet R} = \frac{- 1}{5576,2 \bullet 46910} = - 3,83\ nA$$
Wykres. Charakterystyka przejściowa i transmitancja przetwornika logarytmującego.
Tab3. Charakterystyka przejściowa dla prądu stałego
| Ui (Typowe) | Ui | Uo | K |
|---|---|---|---|
| - 9 V | -9,01 V | 7,298 V | 0,81 V/V |
| - 6 V | -6,04 V | 4,898 V | 0,81 V/V |
| - 3 V | -3,03 V | 2,454 V | 0,81 V/V |
| - 1 V | -1,03 V | 0,8443 V | 0,82 V/V |
| - 0,5 V | -0,506 V | 0,4101 V | 0,08 V/V |
| 0 V | Zwora | 0,98 mV | 0,00 V/V |
| 0,5 V | 0,506 V | 0,4390 V | 0,87 V/V |
| 1 V | 1,013 V | 0,8728 V | 0,86 V/V |
| 3 V | 3,04 V | 2,628 V | 0,86 V/V |
| 6 V | 6,02 V | 5,208 V | 0,87 V/V |
| 9 V | 9,01 V | 7,789 V | 0,86 V/V |
Obliczenia
Transmitancja układu dla ujemnych sygnałów i dodatnich
$$K = \frac{u_{0}(t)}{{|u}_{i}\left( t \right)|} = \ \frac{7,298}{| - 9,01|}\ \frac{V}{V} = \ 0,81\ \frac{V}{V}$$
Tab4. Badanie przetwornika AC-DC sygnałem przemiennym (Prąd zmienny)
| Ui | f = 500 Hz | Uo |
|---|---|---|
| 1,85 V | bez C | 1,4160 V |
| 1,85 V | z C | 1,41 V |
| 5,03 V | bez C | 3,825 V |
| 5,03 V | z C | 3,825 V |
Wnioski:
W labolatorium z Podstaw Elektroniki zrealizowano ćwiczenie 9 w , którym należało między innymi wyznaczyć charakterystykę przejściową przetwornika logarytmującego napięcie wejściowe tranzystorem jako podstawowy element nieliniowy, gdzie w tym układzie z odpowiednio dobranymi elementami (tabela grupa 3) rezystorów i wzmacniacza operacyjnego. Wartości, które zostały obliczone przed zajęciami w zestawieniu z obliczeniami po przeprowadzeniu doświadczenia.
Tabela 3
| Obliczenia | β+ | β- | A- | A+ | ISD | IST |
|---|---|---|---|---|---|---|
| I | 1000 M | 10 K | 0,0459 | -0,0255 | 2 nA | 20 fa |
| II | 10 M | 5576,2 | 0,0459 | -0,0255 | 4 nA | 2 pA |
Obliczenia przed ćwiczeniami
Obliczenia po ćwiczeniu
Większość wyników jest zbliżona jedyne różnice to IST który jest o 0,001% większy od założonego oraz β o połowę mniejsza w przypadku β- i β+ o 0,01β mniejszą niż obliczona w stosunku do założeń teoretycznych.
Wyszukiwarka