LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Ćwiczenie - 4
Tranzystorowy wzmacniacz różnicowy
Spis treści
1 Cel ćwiczenia 1
2 Podstawy teoretyczne 2
2.1 Tranzystorowe z
ródło prądowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2 Lustro prądowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.3 Wzmacniacz różnicowy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3 Przebieg ćwiczenia 5
3.1 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej UwyR = f(UweR) . . . . . . . . . . . . 5
3.2 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej UwyR = f(UweS) . . . . . . . . . . . . 7
4 Sprawozdanie 9
5 Niezbędne wyposażenie 9
Protokół 10
Wyniki pomiarów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1 Cel ćwiczenia
" Poznanie zasady działania tranzystorowego wzmacniacza różnicowego
" Zbadanie i porównanie różnych rodzajów układów różnicowej pary tranzystorów
1
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
2 Podstawy teoretyczne
2.1 Tranzystorowe z
ródło prądowe
Na rysunku 1a przedstawiono tranzystorowe z
ródło 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
R2
UB
UB
RE UE RE
(a) (b)
Rysunek 1: z
ródło prądowe a) z dzielnikiem napięcia b) z diodą Zenera
Prądy wyjściowy z
ródła prądu:
UE UB - UBE UB - 0, 6
Iwy = IC H" IE = = H"
RE RE RE
Prąd wyjściowy z
ródła (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 H" 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 H" Iwe.
2
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
U U
Iwe
obciążenie
R1
Iwy
Iwy1 Iwy2
Iwe
obciążenie obciążenie
R1
UBE
(a) (b)
Rysunek 2: Lustro prądowe a) z tranzystorami npn b) z tranzystorami pnp i dwoma wyjściami
Wartość prądu z
ródła ustalamy w następujący sposób:
UR U - UBE U - 0, 6
1
Iwe H" IC = = H" .
R1 R1 R1
2.3 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 z
ródłem prądowym. Podstawowy układ przedstawiono na rysunku 3a.
Dla wzmacniacza różnicowego przyjmujemy następujące wielkości:
" napięcie wejściowe różnicowe
UweR = Uwe1 - Uwe2,
" napięcie wejściowe wspólne
Uwe1 + Uwe2
UweS = ,
2
" napięcie wyjściowe różnicowe
UwyR = Uwy1 - Uwy2.
Przy identycznych napięciach Uwe1 i Uwe2 napięcie różnicowe UweR = Uwe1-Uwe2 = 0, wzmac-
niacz pracuje symetrycznie, przez tranzystory płyną prądy o takim samym natężeniu. Zmiana
napięcia wspólnego nosi nazwę wysterowania wspólnego. Wzmocnienie sygnału wspólnego wyz-
naczmy w przypadku zerowego napięcia różnicowego w następujący sposób:
"UwyR
KuS = |U .
weR
"UweS =0
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 zmieni-
ają się również napięcia wyjściowe. Wzmocnienie odpowiadające zmianie napięcia różnicowego
UweR przy stałym napięciu wspólnym UweS wyznaczamy w następujący sposób:
"UwyR
KuR = |U .
weS
"UweR =const
Stosunek wzmocnienia różnicowego i wspólnego nosi nazwę współczynnika tłumienia sygnału
wspólnego (ang.: CMRR - Common Mode Rejection Ratio):
KuR
CMRR =
KuS
W idealnym przypadku KuS - 0 a przez co CMRR - ", w rzeczywistości CMRR H"
103 . . . 105.
+U
U+
RC RC
RC RC
RE RE
Uwy1 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 tranzys-
torów 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 z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym,
" z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci z
ródeł prądu.
+15V
zasilacz
GWInstek
UCH1 UCH2
2k&! 2k&!
-CH2+ -CH1+
UwyR
V
APPA 62
50&! 50&!
UweR
APPA
207
2k&!
-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
2k&! 2k&!
-CH2+ -CH1+
UwyR
V
APPA 62
50&! 50&!
UweR
APPA
207
10k&!
10k&!
1k&!
-15V
Rysunek 5: Układ z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym
+15V
zasilacz
GWInstek
4, 7k&!
UCH1 UCH2
-CH2+ -CH1+
UwyR
V
APPA 62
50&! 50&!
UweR
APPA
207
10k&!
10k&!
1k&!
-15V
Rysunek 6: Układ z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci z
ródeł 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 z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym,
" z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci z
ródeł prądu.
+15V
zasilacz
GWInstek
UCH1 UCH2
2k&! 2k&!
-CH2+ -CH1+
UwyR
V
APPA 62
50&! 50&!
UweS
APPA
207
2k&!
-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
2k&! 2k&!
-CH2+ -CH1+
UwyR
V
APPA 62
50&! 50&!
UweS
APPA
207
10k&!
10k&!
1k&!
-15V
Rysunek 8: Układ z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym
+15V
zasilacz
GWInstek
4, 7k&!
UCH1 UCH2
-CH2+ -CH1+
UwyR
V
APPA 62
50&! 50&!
UweS
APPA
207
10k&!
10k&!
1k&!
-15V
Rysunek 9: Układ z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci z
ródeł 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 z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym,
" z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci z
ródeł prądu.
4.2 Obliczenia
Obliczyć wzmocnienie napięciowe KuR i KuS oraz współczynnik tłumienia składowej suma-
cyjnej CMRR dla badanych układów.
4.2 Porównanie badanych układów i wnioski
5 Niezbędne wyposażenie
" kalkulator naukowy
" protokół
Literatura
[1] Schenk Christoph Tietze Ulrich. Układy Półprzewodnikowe.
[2] Paul Horowitz Winfield Hill. Sztuka elektroniki cz.I.
[2, 1]
9
ĆWICZENIE - 4 GRUPA:oooooooooDATA:
Protokół
Wyniki pomiarów
A - układu z rezystorem w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym
B - układu z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem rezystancyjnym
C - układu z z
ródłem prądu w obwodzie emiterów i obciążeniem w postaci z
ródeł prądu
Tabela 1: Charakterystyka przejściowa UwyR = f(UweR)
A B C
UweR[V ] UwyR[V ] UweR[V ] UwyR[V ] UweR[V ] UwyR[V ]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
Tabela 2: Charakterystyka przejściowa UwyR = f(UweS)
A B C
UweS[V ] UwyR[V ] UweS[V ] UwyR[V ] UweS[V ] UwyR[V ]
ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo ooooooooo
ooooooooo