POLITCHNIKA WROCŁAWSKA

Instytut

Maszyn, Napędów

i Pomiarów Elektrycznych

Skład grupy ćwiczeniowej:

Damian Sielski

Szymon Rodak

Mateusz Tomczyk

termin zajęć: wtorek 9:15 – 11:00

Wydział:

ELEKTRYCZNY

Rok: 2

Sem: IV

Grupa:

3

Rok akadem.:

2013/2014

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI

Data ćwiczenia:

29.04.2014r.

Temat ćwiczenia:

Wzmacniacz różnicowy na wzmacniaczu

operacyjnym

Ocena:

Numer ćwiczenia:

8

Podpis sprawdzającego:

Uwagi:

I. Cel ćwiczenia

Poznanie prostego wzmacniacza różnicowego na wzmacniaczu operacyjnym oraz metod jego badania; wielkości

opisowe i analiza układu, optymalizacja parametrów, układy i zakresy badania, analiza wyników i sposób ich prezentacji.
Porównanie przewidywań teoretycznych z wynikami badań układu, wnioski.

II. Wykaz przyrządów

-

Multimetr METEX MXD-4660A; nr inw.: I29-IVa 4537 (pomiary napięcia na wyjściu układu [mV], [V])

-

Multimetr profitex DT-380; nr inw.: I29-IVa 4297 (pomiary napięcia na wejściu układu [V])

-

źródło nastawne typ ZNM-2/91; nr inw.: I29/EW-28c/2000 (regulacja napięcia wejściowego)

-

zasilacz ZMM-3/97A (zasilanie układu +15V, -15V, com)

III. Program ćwiczenia

Rys.1. Układ wzmacniacza różnicowego na wzmacniaczu operacyjnym oraz zastępczy symbol całości.

Rys.2. Badanie układu wejściowym sygnałem wspólnym.

Rys.3. Badanie układu wejściowym sygnałem wspólnym, z symulacją niesymetrii źródeł (R

g-

).

Rys.4. Badanie układu wejściowym sygnałem różnicowym.

Rys.5. Badanie układu wejściowym sygnałem różnicowym, z symulacją niesymetrii źródeł (R

g-

).

Rys.6. Wyznaczanie rezystancji wejścia nieodwracającego, sterowanie niesymetryczne.

Rys.7. Wyznaczanie rezystancji wejścia odwracającego, sterowanie niesymetryczne.

IV. Wyniki:

przykładowe obliczenia:

k

ucf

=

U

o2

−

U

o1

U

ic2

−

U

ic1

=

−

114,81−(−0,05)

8,80−0

=−

13,04 mV

V

CMRR

f

=

∣

10⋅10

3

−

13,04

∣

=

766,82

CMRR

f [dB]

=

20 log (766,82)=57,69 dB

Rys.8. Charakterystyka przejściowa układu dla sygnału wspólnego U

o

=f(U

ic

)

Tab.1. Wyniki badań układu celem symetryzacji (schemat nr2)

[V]

[mV]

[mV/V]

[-]

[dB]

1

0 (zwora)

-0,05

-13,04

766,82

57,69

2

8,80

-114,81

1

0 (zwora)

-0,02

-2,07

4835,16

73,69

2

8,80

-18,22

Symetryzacja,

U

id

= 0 V

Lp

Uic

U

o

k

ucf

1)

CMRR

f

2)

CMRR

f

Uwagi

Przed

symetryzacją

trzeba

symetryzować

Po

symetryzacji

w układzie

zmieniono

wartość

rezystora

R2

1) – obliczane z definicji przyrostowej; k

ucf = (Uo2 – Uo1)/(Uic2 – Uic1),

2) – obliczany przy założeniu, że k

udf układu jest równe 10 V/V

Aparatura V1: profitex DT -380, V2: MET EX MXD-4660A

10,01

8,07

6,01

4,04

2,01

-2,01

-4,02

-6,00

-8,03

-10,01

-23,42

-18,89

-13,93

-9,35

-4,63

4,65

9,24

14,09

18,83

23,66

10,02

8,02

6,01

4,04

2,03

-2,02

-4,03

-6,02

-8,01

-10,01

0,6761 0,5418 0,4060 0,2729 0,13709 -0,13673 -0,2728 -0,4069

-0.5416

-0,6761

Tab.2. Badanie charakterystyki przejściowej układu dla sygnału wspólnego (schemat nr3)

R

g

=0

U

i

[V]

U

o

[mV]

R

g

=820Ω

U

i

[V]

U

o

[V]

Rys.9. Charakterystyka przejściowa układu dla sygnału różnicowego U

o

=f(U

id

)

przykładowe obliczenia:

Współczynnika k

ud

, nieznacznie się różni od wartości obliczonej na początku, niewielka zmiana spowodowana jest

kompensacją niezrównoważenia układu, którą wykonaliśmy po symetryzacji.

Z obliczeń na podstawie wyników pomiarów wynika bardzo duży wzrost wartości bezwzględnej współczynnika k

uc

,

wzrósł on prawie 29 razy. Natomiast współczynnik wzmocnienia k

ud

zmalał nieznacznie, jedynie 7,4% w stosunku do

wartości dla R

g

=0Ω.

Tab.3. Badanie charakterystyki przejściowej układu dla sygnału różnicowego

(schemat nr4)

1,81

1,50

1,20

0,90

0,60

0,30

-0,30

-0,60

-0,91

-1,20

-1,51

-1,80

13,892 13,889 12,123 9,196 6,104 3,096 -3,056 -6,103 -9,204 -12,163 -12,517 -12,529

1,80

1,50

1,20

0,90

0,60

0,30

-0,30

-0,60

-0,90

-1,21

-1,50

-1,80

13,894 13,888 11,255 8,410 5,677 2,906 -3,013 -5,681 -8,422 -11,294 -12,518 -12,528

U

i

[V]

U

o

[V]

(schemat nr5)

R

g

=820Ω

U

i

[V]

U

o

[V]

[Ω]

[mV/V]

[V/V]

0

-2,34

10,14

820

67,6

9,39

Tab.4. Porównanie wartości współczynników
wzmocnienia k

uc

oraz k

ud

R

g

k

uc

k

ud

Tab.5. Badania do wyznaczenia rezystancji wejściowych.

in+

0 (zwora)

12

2,101

1,798

in-

0 (zwora)

1,5

-2,098

-1,7991

R

d+

[kΩ]

U

o

[V]

R

d-

[kΩ]

U

o

[V]

Badania te wykonano na układach zgodnie ze schematami 6 i 7.

przykładowe obliczenia:

R

iWR

=

U

o2

⋅

R

d

U

o1

−

U

o2

V. Wnioski:

Podczas przeprowadzenia badania wzmacniacza różnicowego widać, że teoretyczne obliczenia są nieco lepszymi

parametrami od faktycznych parametrów jakie posiada ten wzmacniacz. Podczas podłączania układu należało symetryzować
układ, ponieważ przy pierwotnym układzie tłumienie CMRR było mniejsze od wymaganych minimum 72 [dB], dlatego
należało symetryzować układ poprzez zmianę R

2

. Transmitancje dla sygnału różnicowego wyszły praktycznie takie same,

natomiast transmitancja dla sygnału wspólnego jest dużo mniejsza.

Obliczone moduły transmitancji dla sygnału wspólnego bez obciążenia źródła i z obciążeniem wykazują znaczne

różnice, natomiast moduły transmitancji dla sygnału różnicowego różnią się zaledwie o 7,4%.

10

9,916

100

86,45

6,8

6,738

68

67,14

10

10,14

0,01

-2,07

74,8

71,2

10

9,0

72

73,69

Tab.6. Porównanie wartości teoretycznych z
wartościami praktycznymi

wartość

teoretyczna

wartość

zbadana

R

1

[kΩ]

R

2

[kΩ]

R

3

[kΩ]

R

4

[kΩ]

k

udf

[V/V]

k

ucf

[mV/V]

R

if+

[kΩ]

R

if-

[kΩ]

CMMR

f

[dB]