sprzężenie zwrotne 04

LABORATORIUM Czwartek

UKŁADÓW Godz.:

ELEKTRONICZNYCH 10.15-12.30

Nr grupy: 9 Nr ćwiczenia: 3

Remigiusz Kozak Temat: „Sprzężenie zwrotne”

Mariusz Mariański

Data wykonania: 28.11.1996r. OCENA:

1. Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia jest praktyczne sprawdzenie wpływu

ujemnego sprzężenia zwrotnego na właściwości wzmacniaczy.

2. Przebieg ćwiczenia:

Określenie punktów pracy tranzystorów T₁ i T₂ dla :

U_z= 12 V

R_c1=R_c2= 5,1 kW

tranzystor T₁ :

U_CE= 5,88 V

I_C= 0,79 mA

U_BE= 0,66 V

tranzystor T₂ :

U_CE= 5,5 V

I_C= 0,85 mA

U_BE= 0,64 V

3.1.1 Pomiary parametrów roboczych wzmacniacza bez sprzężenia zwrotnego.

U_we = 0,01 *67 [mV] = 0,67 [mV]

U_wy = 1,5 V

K_u = U_wy/U_we = 1716 V/V

- pomiar rezystancji wejściowej

R_d

U_we U_wy

gdy R_d= 0 => U_wy = k*U_we

gdy R_d> 0 => U_wy = k*U_we*R_we/(R_we+R_d)

po przekształceniach: R_we= (R_d*U_wy)/(K_U*U_we-U_wy)

R_d = 510 W U_wy = 1,12 V

stąd R_we≈ 19 kW

- pomiar rezystancji wyjściowej

R_d = 510 W

U_wy1 = 1,166 V (bez rezystora R_d)

U_wy2= 0,155 V (z rezystorem)

Obliczenie rezystancji wyjściowej wzmacniacza z wbudowanym

rezystorem R_L:

R_wy= R_d*(U_wy1/U_wy2 - 1)

R_wy= 3,32 kW

3.1.2 Górna częstotliwość graniczna wzmacniacza : f_g-3dB = 90 kHz.

3.1.3 Częstotliwość górna pierwszego stopnia wzmacniacza :f_g-3dB = 90 kHz

3.1.4 Pomiar częstotliwości górnej dla przypadków gdy:

A.) R_c1 = R_c2 = R_c = 4.08 kW

f_g-3dB = 100 kHz

T1 : U_CE = 6,66 V ; I_C=0,72 mA

T2 : U_CE = 6,45 V ; I_C=0,71 mA

B.)R_c1 = R_c2= R_c = 6.1 kW

f_g-3dB = 80 kHz

T1 : U_CE = 5,1 V ; I_C=0,7 mA T2 : Uce = 4,7 V ; I_C=0,69 mA

3.1.5 Oszacowanie współczynników transkonduktancji tranzystorów g_m na podstawie zmierzonych punktów pracy .

g_m = [q/(MkT)] * |Ic| gdzie q/(MkT) =36,5 [1/V]

T1: g_m=36,5*0,79m. = 28,8 mS

g₁₁=β₁/g_m=28,8m /320.=0,09 mS

g₁₂= -0,00005mS

g₂₂=0,01 mS

T2: g_m2=36,5*0,85m. = 31 mS

g₁₁=β₁/g_m=31m /330.=0,094 mS

g₁₂= -0,00005mS

g₂₂=0,01 mS

T₁ T₂

g₁₁ g₁₂U₂ g_mU₁ g₂₂ g₁₁ g₁₂U₂ g_mU₁ g₂₂

3.1.6 Obliczenia analityczne .

G₁+G₂+g_11T1 0 g_12T1 - g_11T1- g_12T1

0 G_c2+g_22T2 g_mT2 0

g_mT1 g_12T2 G_c1+G₇+G₈+g_11T2+g_22T1 - g_22T1- g_mT1

- g_11T1 - g_mT1 0 -g_22T1 - g_12T1 G₅+g_11T1+g_22T1

+ g_12T1+ g_mT1

0,126 0 - 0.00005 - 0.08995

0 0.20608 31 0

28.8 - 0.00005 0.336 -28.81

-28.89 0 - 0.00995 38.9

Redukcja węzła IV

0.0592 0 -0.000073

0 0.20608 31

7.4036 - 0.00005 0.329

Redukcja węzła III :

Macierz Y wygląda następująco -

0.0608 -0.000000011

[mS]

- 697.6 0.2108

K_u = - Y₂₁/(Y₂₂+Y_L) = 2244 V/V

R_we = 1/[Y₁₁ - (Y₁₂*Y₂₁)/(Y₂₂+Y_L) ]= 16.4 kW

R_wy = 1/[Y₂₂ - (Y₁₂*Y₂₁)/(Y₁₁+Y_g)] = 4.7 kW

Pomiar modułu transmitancji napięciowych oraz R_we i R_wy

wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym.

rezystor sprzęgający R_f = 10 kW

K_U = 91 V/V

pomiar R_we (metoda podobnie jak w 3.1.1)

R_we=23 kW

pomiar R_wy :

R_wy=161.9 W

uwzględniając R_L to r_wy = 165W

rezystor sprzęgający R_f=100 kW

K_U ≈ 630 V/V

rezystancja wejściowa:

R_we= 20 kW

rezystancja wyjściowa:

R_wy= 1,184 kW

uwzględniając R_L to r_wy = 1.3 kW

Pomiar częstotliwości granicznych:

Rf = 10 kW => nie ma odpowiedniego zakresu w generatorze
Rf = 100 kW => fgr = 210 kHz

3.2 Analiza wrażliwości modułu wzmocnienia.

Wpływ zmian napięcia zasilania na układ ze sprzężeniem.

Rf=100 kW
a) U_Z= 12 V +10%=13.2 V

punkty pracy : T₁(U_CE=7.25 V ; I_C=0.92 mA)
T₂(U_CE=6.92 V ; I_C=0.99 mA)
K_U=660 V/V

U_Z= 12 V -10%= 10.8 V

punkty pracy : T₁(U_CE=6.7 V ; I_C=0.6 mA)
T₂(U_CE=6.45 V ; I_C=0.65 mA
K_U=600 V/V
względna zmiana wzmocnienia wyniosła DK_U/K_U≈10%

Wzmacniacz operacyjny.

R₂

R₁

U_we U_wy

R_L U_we R₁ R_L

sprzężenie równoległe - napięciowe napięciowe - szeregowe

Pomiar wzmocnienia i górnych częstotliwości granicznych.

sprzężenie szeregowo - napięciowe

Uz = 12 V ;

K_U = 1+ R₂/R₁

Tabela:

[kW]

[V/V]

0,1

100

10,1

95,37

138

sprzężenie napięciowe - równoległe

U_z=12V

Ku= -R₂/R₁

[kW]

[V/V]

0,1

9,9

99,9

10,1

96,2

138

4. Wnioski.

Dzięki zastosowaniu sprzężenia zwrotnego widzimy poszerzenie pasma przenoszenia wzmacniacza oraz zmniejszenie wzmocnienia. Jednak z dalszych obserwacji wynika, że pole wzmocnienia wzmacniacza nie zmienia się mimo to. Widzimy także, że wprowadzenie sprzężenia zwrotnego powoduje zmniejszenie wrażliwości układu na zmiany napięcia zasilania. Zauważyć też należy, że układ ze sprzężeniem jest mniej wrażliwy na zmiany wartości Rc (w praktyce mogą to być zmiany spowodowane np. starzeniem się elementów lub zmianami temperatury) .

Z pomiarów technicznych wielkości charakterystycznych wzmacniacza oraz z obliczeń analitycznych widzimy, że można uznać pomiary za poprawne gdyż zostały w dostatecznym stopniu potwierdzone w p.3.1.5 . Zauważamy, że zastosowanie sprzężenia zwrotnego ma wpływ na rezystancje wejściową i wyjściową tzn. Wraz ze wzrostem sprzężenia R_we rośnie a R_wy maleje.

Przy pomiarach wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego widzimy, że na ogół zmierzone K_u zgadza się ze wzorem analitycznym lecz w miejscu gdzie stosunek R₂/R₁ jest największy ,zmierzone K_unie zgadza się ze wzorem analitycznym ,prawdopodobnie jest to spowodowane przesterowaniem wzmacniacza.