1

TRANZYSTOROWY UKŁAD RÓŻNICOWY (DN 031A)

5V

R

10

47k

R

3

10k
k

9

R

18

18k

R

22

47k

baza 1

150k

R

E

1,5

R

24

910

R

6

2k

R

9

6,8 k

R

8

3k

R

12

3k

zerowanie

+15

R

23

910

R

25

2,4k

mod 1

mod 2

R

13

82k

-15V

-15V

R

14

62k

12

1nF

C

2

R

17

10k

1/5UL1111

R

15

11k

11

C

3

6,2nF

-15V

V

C

5

220pF

V

V

2/5 UL1111

+5

+5

+5

+5V

+5

-15V

-15V

150k

R

20

R

2

T

4

T

5

R

19

180k

10

6

7

8

regulowane źródło napięciowe

2/5UL1111

T

3

R

16

3,6k

I

E

1,5

0,5

14

13

zespół zasilania emiterów

obciążenie dynamiczne

+15

+15

R

11

6,8 k

T

6

BC157

T

7

BC157

zespół sterowania

R

1

1k

R

2

10

mod

XY

V

ΔV

R

4

10

x1 x50

R

26

47

C

4

220pF

R

c

dyn

R

5

2k

WY

2

WY

1

T

1

R

7

20k

R

c

20k

baza 2

1

4

5

2

3

T

2

T

1

i

2

i

1

C

1

2,2

μF

Rys.1. Schemat badanego układu różnicowego DN031A

1. OPIS WKŁADKI DN031A

Badany układ różnicowy, którego schemat przedstawiono na rys. 1, składa się z dwóch tranzystorów (T

1

,

T

2

) monolitycznego układu scalonego UL1111. Tranzystory te, w zależności od pozycji przełącznika "zespołu

zasilania emiterów", są spolaryzowane przez źródło prądowe T

3

o wydajności 0,5 lub 1,5 mA lub przez rezy-

stor R

17

. W tym drugim przypadku prąd zasilania emiterów wynosi również 1,5 mA. Układ różnicowy może

współpracować z obciążeniem liniowym (rezystory R

5

i R

6

) lub z lustrem prądowym (T

6

, T

7

). Zmiany rodzaju

obciążenia dokonuje się przełącznikiem suwakowym "R

c

-dyn". W przypadku obciążenia lustrem prądowym

(Rys. 2) rezystor R

C

służy do ograniczenia wzmocnienia różnicowego (przy bardzo dużych wartościach k

ur

utrzymanie układu różnicowego w stanie równowagi jest bardzo trudne). Przy braku wysterowania napięcie
wyjściowe równe jest U

CC

=5V, bez względu na wartość prądu zasilania emiterów. Zakres aktywnej pracy

tranzystora T

2

ograniczony jest z jednej strony jego zatkaniem (u

WY2

wynosi wówczas U

CC

+ I

E

⋅

R

C

), z drugiej

zaś - jego nasyceniem, tzn. przewodzeniem złącza B-C tranzystora T

2

. Przełącznik "R

c

-20 k

Ω" umożliwia

zmianę wartości R

C

i zaobserwowanie wynikających stąd zmian wzmocnienia.

2

i

T

1

i

1

i

=i

1

i

1

-

i

2

T

2

i

2

I

E

=

i

1

+

i

2

+15V

U

cc

=5V

R

c

=2;20k

WY

2

Rys.2. Zasilanie kolektorów badanego układu

różnicowego za pomocą lustra prądowego w

pozycji ‘dyn’ przełącznika obciążenia.

R

C

dyn

mod 2

xy

mod 1

1,5

20 k

R

c

2

1

outputs

voltage

ΔV

base 1

XY

mod

V

V

base 2

R

E

I

E

0,5

V

nor

kpe

DN 031A

x1 x50

Rys. 3. Widok płyty czołowej wkładki DN031A

Wybór rodzaju sygnału w różnych eksperymentach umożliwia zespół przełącznika sterowania bazy tranzysto-
ra T

1

(base 1) oraz przełącznik sterowania bazy T

2

. Na bazę T

1

można podać:

• przyrost napięcia stałego równy 5mV przy pomiarach wzmocnienia różnicowego (włączenie ΔV i chwilo-

we naciskanie klawisza oznaczonego ‘

←‘);

• napięcie stałe regulowane z pomocniczego źródła V (T

4

, T

5

, R

22

) przy pomiarach wzmocnienia sumacyjne-

go. Napięcie to można regulować w granicach ~ -2, +2 V;

• napięcie trójkątne z wkładki charakterograficznej dwukanałowej XY (wkładka SN7212) przy obserwacji

charakterystyk przejściowych;

• sygnał sinusoidalny z generatora sygnałów doprowadzany do wejścia ‘mod 1’. Sygnał ten jest 100-krotnie

redukowany (R

1

-R

2

), o czym należy pamiętać przy obliczaniu wzmocnienia.

Do bazy T

2

można jedynie stałe regulowane napięcie V, potrzebne pomiarach wzmocnienia sumacyjnego.

Ponadto oba wejścia układu różnicowego można niezależnie od siebie łączyć z masą klawiszami oznaczonymi
symbolem ‘

⊥‘.

Na wyjściach układu różnicowego znajdują się dodatkowe rezystory szeregowe R

23

, R

24

, zabezpieczające

przed wzbudzeniem się układu po obciążeniu go kablami łączącymi. Rezystory te, wobec dużej rezystancji
wejściowej przyrządów pomiarowych, zazwyczaj większej niż 1M

Ω praktycznie nie wprowadzają błędów

pomiaru.

2. OBSERWACJE I POMIARY

2.1. Charakterystyki przejściowe układu różnicowego

u

C1

= u

WY1,

u

C2

=

u

C2

pomiar
asymptoty (obliczone)

u

B1

u

WY2

= U

CC

=5V

u

WY2

= U

CC

- I

E

R

c

= 4V

u

WY2

= U

CC

- I

E

R

c

/2+

1

B

ur

u

k

+

= 4,5V+10u

B1

,

10

4

/

40

2

/

=

=

=

+

c

E

c

m

ur

R

I

R

g

k

Rys. 4. Przykładowe charakterystyki przejściowe pary różnicowej;

zmierzone (linie kropkowane) i obliczone (linie ciągłe).

3

Statyczne charakterystyki przejściowe u

WY1

, u

WY2

= f(u

B1

) tranzystorowego układu różnicowego z obciążeniem

liniowym R

C

mają w przybliżeniu kształt przedstawiony na rys. 4. Należy obejrzeć je na ekranie oscyloskopu i

przerysować do sprawozdania lub pobrać do pliku z wykorzystaniem oscyloskopu cyfrowego. Obie charakte-
rystyki powinny być obserwowane jednocześnie za pomocą wkładki charakterograficznej dwukanałowej XY
SN7212 (rys. 5), najlepiej w zakresie współrzędnych: x

∈ (-4V; +4V): y ∈ (0; +5V). Pomiaru dokonać przy

bazie T

2

zwartej z masą, dla 6 przypadków podanych w Tabeli 1.

u

WY2

u

WY1

WY

2

z wkładki
charakt.XY

u

B1

-

15V

zespół zasilania

emiterów

WY

1

U

CC

=5V

R

C

=2k

R

C

R

C

T

1

T

2

V

2

1

X50

XY

WY

WE A

WE B

X

Y

układ badany DN031A

wkładka charaktero

-

graficzna SN7212

CH1-X

CH2-Y

WY

Rys. 5. Uproszczony schemat układu badanego przy obserwacji statycznych charakterystyk przejściowych

oraz układ połączeń przyrządów.

W sprawozdaniu w polu zmierzonych charakterystyk
przejściowych wrysować linie (asymptoty) opisujące
zależności u

WY2

= f(u

B1

), u

WY1

= f(u

B1

) w różnych zakre-

sach napięcia wejściowego obliczone dla poszczegól-
nych układów. W polu rysunków umieścić równania
tych linii tak jak to pokazano na rys. 4. W oblicze-
niach przyjąć: U

CC

= 5V, U

EE

= -15V, R

C

= 2 k

Ω, R

E

=

10 k

Ω.

2.2. Wzmocnienie małosygnałowe układu różnicowego

2.2.1. Pomiar metodą przyrostową

Wzmocnienia

różnicowe układu badanego określa się

na podstawie pomiaru przyrostu napięcia na kolektorze
T

1

(

−

ur

k ), T

2

(

+

ur

k ) lub napięcia pomiędzy kolektorami

(

ur

k ) (patrz rys. 6a), który powstaje wskutek zwiększe-

nia napięcia różnicowego o 5mV. Jest to realizowane
przez podanie skoku napięcia

Δu

B1

= 5mV przy

u

B2

=0.

Dokonuje się tego wciskając chwilowo przycisk ‘

←‘

przy włączonym przycisku ‘

ΔV’, przy czym baza T

2

powinna być połączona z masą za pomocą przycisku
‘

⊥‘. Przyrosty napięć wyjściowych u

WY2

i

u

WY1

mierzyć

za pomocą woltomierzy dc.
Wzmocnienia

sumacyjne

k

us

określa się mierząc przy-

rost napięć wyjściowych, wynikający z jednoczesnej
zmiany napięcia na obu wejściach w zakresie np. -2, +2
V. W tym celu zwiera się bazy tranzystorów T

1

, T

2

i do-

łącza je do napięcia V wciskając oba przyciski oznaczo-
ne tym symbolem. Zmianę napięcia wejściowego mierzy
się woltomierzem, który powinien być połączony z
gniazdem V wkładki DN031A. (Rys. 6b).
Wzmocnienia

różnicowe (

−

ur

k ,

+

ur

k ,

ur

k ) i sumacyjne (

−

us

k ,

+

us

k ,

us

k ) należy zmierzyć dla sześciu różnych

przypadków podanych w Tabeli 1. Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w Tabelach pomiarowych 2 i 3.

Tabela 1

Lp.

Obciążenie Zasilanie

emiterów

1.
2.
3.
4.
5.
6.

liniowe, R

c

= 2k

Ω

-

''

-

-

''

-

dynamiczne R

c

= 2 k

Ω

-

''

- R

c

= 20 k

Ω

-

''

- R

c

= 2 k

Ω

I

E

=0,5mA

I

E

=1,5mA

R

E

I

E

=1,5mA

I

E

=1,5mA

R

E

OBC.

I

E

,R

E

+5V

+5V

-15V

+15V

WY

2

u

WY2

T

1

T

2

10

Ω

10k

Ω

ΔV = 5mV

Obciążenie liniowe

lub dynamiczne

zespół zasilania

emiterów

Rys. 6a. Uproszczony schemat układu w czasie

pomiarów wzmocnienia różnicowego

4

W sprawozdaniu
-Pod tabelami pomiarowymi podać wzory sto-
sowane do obliczania na podstawie pomiarów
współczynników

−

ur

k

,

+

ur

k

,

ur

k

,

−

us

k

,

+

us

k

,

us

k

.

-Umieścić w tabelach wartości w/w współczyn-
ników obliczone teoretycznie (w p. 2.1)
-Wymienić możliwe przyczyny różnic między
wartościami rzeczywistymi i teoretycznymi.
-Podać odpowiednie wzory, obliczyć i umieść w
tabeli wartości współczynników CMRR,
CMRR

+

, CMRR

-

.

Odpowiedzieć na pytania:
- Jakie skutki spowodowałoby zwiększenie

R

C

do wartości 20 k

Ω w układzie nr 2?

- Jak jest maksymalna wartość wzmocnienia
różnicowego (rezystancji

R

C

) w układzie nr 2.

- Jak jest maksymalna wartość wzmocnienia
różnicowego (rezystancji

R

C

) w układzie nr 4/5.

OBC.

I

E

,R

E

+5V

-15V

+15V

WY

2

u

WY2

V (-2;+2V )

T

1

T

2

Rys. 6b. Uproszczony schemat układu w czasie po-

miarów wzmocnienia różnicowego i sumacyjnego.

Tabela 2 Pomiar wzmocnienia różnicowego

Zasilanie
emiterów

Obciążenie U

r

U

WY1

U

WY2

−

ur

k

+

ur

k

ur

k

−

ur

k

+

ur

k

ur

k

mV

V V

pomiar teoria

0

I

E

=0,5mA

Rc=2k

Ω

5

0

I

E

=1,5mA

Rc=2k

Ω

5

0

R

E

=10mA

(I

E

=1,5mA)

Rc=2k

Ω

5

0

---

I

E

=1,5mA dyn.

Rc=2k

Ω

5

---

---

---

0

---

I

E

=1,5mA dyn.

Rc=20k

Ω

5

---

---

---

0

---

R

E

=10mA

(I

E

=1,5mA)

dyn.
Rc=2k

Ω

5

---

---

---

() wielkości mierzone

, () wielkości obliczane na podstawie pomiarów

Tabela 3 Pomiar wzmocnienia sumacyjnego

Zasilanie
emiterów

Obciążenie

U

s

=V U

WY1

U

WY2

−

us

k

+

us

k

us

k

−

us

k

+

us

k

us

k

V

V V

pomiar

teoria

I

E

=0,5mA

Rc=2k

Ω

I

E

=1,5mA

Rc=2k

Ω

R

E

=10mA

(I

E

=1,5mA)

Rc=2k

Ω

---

I

E

=1,5mA dyn.

Rc=2k

Ω

---

---

---

---

I

E

=1,5mA dyn.

Rc=20k

Ω

---

---

---

---

R

E

=10mA

(I

E

=1,5mA)

dyn.
Rc=2k

Ω

---

---

---

() wielkości mierzone

, () wielkości obliczane na podstawie pomiarów

5

2.2.2. Pomiar metodą zmiennoprądową

Dla przypadków A i B w Tabeli 4 zmierzyć charakterystykę amplitudową wzmacniacza dla pracy różnico-
wej (wyjście WY2). Sygnał zmienny z generatora METEX doprowadzić do wejści „mod1”. Amplitudę
sygnału dobrać tak aby nie wystąpiły zniekształcenia sygnału na wyjściu. Napięcia wyjściowe i wejściowe
mierzyć oscyloskopem cyfrowym w funkcji częstotliwości. Określić wartość wzmocnienia k

ur

w zakresie

m.cz. i porównać z wartością obliczoną w p.2.2.1 (zauważ, że napięcie doprowadzone do wejścia ‘mod1’ jest
100-krotni tłumione). Pomiary przeprowadzić w zakresie 10 Hz < f < 2 MHz. Wyznaczyć górną częstotliwość
graniczną wzmacniacza.
Zmierzyć charakterystykę amplitudową wzmacniacza dla pracy sumacyjnej. Sygnał zmienny z generatora
METEX doprowadzić do wejścia V przy czym należy zadbać o to aby (i) oba wejścia wzmacniacza były
połączone z tym gniazdem (wybrany klawisz V na obu wejściach wzmacniacza) (ii) tranzystor T

4

nie obciążał

źródła sygnału. Należy ustawić potencjometrem V minimalną wartość napięcia V (

≅ -2V). Amplituda sygnału

sterującego nie powinna przekraczać wartości 2V. Określić wartość wzmocnienia k

us

w zakresie m.cz. i

porównać z wartością w obliczoną w p.2.2.1. Pomiary przeprowadzić w zakresie 10 Hz < f < 2 MHz.

Tabela 4

zespół 1 2 3 4 5 6
A/B 4/6 2/3 3/6 2/4 4/6 2/3

W sprawozdaniu
-Wykreślić na jednym wykresie wszystkie zmierzone charakterystyki k

ur

( f ) i k

us

( f ) (k

u

- [dB], f - Hz skala

log).
-Obliczyć i wykreślić (na jednym wykresie) w funkcji częstotliwości współczynnik CMRR (w [dB]) dla obu
zmierzonych przypadków.

3. WYKAZ APARATURY POMOCNICZEJ

Do wykonania ćwiczenia są potrzebne następujące przyrządy pomiarowe:
• przystawka charakterograficzna dwukanałowa XY (wkładka SN7212 )
• oscyloskop cyfrowy
• generator Metex
• woltomierz dc (2 szt)