AGH Wydział EAIiE		Imię Nazwisko : Dawid Gibek Bogusław Januś
ELEKTROTECHNIKA			Rok akademicki: 1998/99
LABORATORIUM ELEKTRONIKI			Rok studiów: II
						Semestr: IV
			Temat ćwiczenia: Wzmacniacze różnicowe			Nr ćwiczenia: 1
Data wykonania ćwiczenia: 03.03.1999		Data zaliczenia sprawozdania: .......................

1. Wstęp teoretyczny:

Tranzystory mają znaczny dryft temperaturowy. Dla tranzystorów bipolarnych dryft napięcia baza- emiter wynosi od 2 do 3 mV/°C. Jeżeli trzeba wzmacniać napięcie stałe to napięcie dryftu musi być mieć żądany zakresie temperatur w porównaniu z napięciem sygnału użytecznego. W celu zmniejszenia dryftu wzmacniacza stosuje się wzmacniacz różnicowy, który wzmacnia jedynie różnicę dwóch napięć wejściowych. Z powodu małego dryftu wzmacniacze różnicowe stosuje się również w tedy gdy trzeba wzmocnić tylko jedno napięcie wejściowe. W tym przypadku jedno z wejść wzmacniacza ma potencjał zerowy.

2. Obserwacja statycznych charakterystyk przejściowych układu różnicowego.

W tej części ćwiczenia badaliśmy zachowanie układu różnicowego w zależności od rodzaju zasilania oraz sygnału wejściowego. Charakterystyki obserwowaliśmy na oscyloskopie, na ich podstawie można policzyć wzmocnienie, a także wysnuć wnioski odnośnie kształtu charakterystyk przy różnych warunkach pracy wzmacniacza.

Uproszczony schemat układu badanego:

Charakterystyki zaobserwowane na oscyloskopie zostały umieszczone na załączonych do sprawozdania rysunkach:

Rys1: zasilanie przez Rc=2kΩ I_E=0,5 mA T2 - zwarte z masą

Rys2: zasilanie przez Rc=2kΩ I_E=1,5 mA T2 - zwarte z masą

Rys3: zasilanie przez Rc=2kΩ R_E=1,5 mA T2 - zwarte z masą

Rys4: zasilanie przez Rc=2kΩ Ie=1,5 mA ub2= V

Rys5: zasilanie przez Rc=2kΩ Ie=1,5 mA ub2= V

Rys6: zasilanie przez Rc=2kΩ Ie=1,5 mA ub2= V

Rys7: zasilanie przez Rc=2kΩ Ie=1,5 mA T2 - zwarte z masą (czułość x 50)

Rys8: zasilanie przez Rc=2kΩ Ie=1,5 mA T2 - zwarte z masą (czułość x 50)

Rys9: zasilanie przez Rc=2kΩ Ie=1,5 mA T2 - zwarte z masą (czułość x 50)

Z rysunków widać ze dla małych wartości Uwe napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do wejściowego. Porównując rysunki 1 i 2 widać, że dla większego prądu zasilania otrzymujemy większe napięcie na wyjściu.

Zasilanie bazy tranzystora 2 stałym potencjałem V właściwie nie zmienia charakterystyki układu z bazą tranzystora 2 na potencjale masy. Wynika to z faktu, że jest to charakterystyka napięcia wyjściowego w funkcji napięcia różnicowego, a polaryzacja bazy T2 jedynie zmieni poziom odniesienia napięcia różnicowego. Zmianie uległa wartość prądu płynącego przez R_E, przez co odkształciły się nieco poziomy charakterystyki w „kierunku pionowym”, przy czym kształt charakterystyki i wartości wzmocnień nie uległy zmianie.

3. Pomiary wzmocnienia różnicowego.

W dalszej części ćwiczenia badany układ traktowaliśmy jako wzmacniacz różnicowy, którego wejściem nieodwracającym jest baza T1, odwracającym - baza T2 , zaś wyjściem kolektor T2. Wzmocnienie różnicowe k_ur układu badanego określaliśmy na podstawie pomiaru przyrostu napięcia kolektora T2, który powstaje wskutek zwiększenia napięcia różnicowego o 5 mV.

Uproszczony schemat ideowy układu badanego przy pomiarach wzmoc. różnicowego:

Tabela pomiarowa i obliczeniowa:

Obciążenie		Zasilanie emitera		Uwe		Uwy2		Uwy2		ΔUwy			kur
Liniowe, RC = 2 kΩ		IE = 0,5 mA		1,52		4,48		4,53		0,05			0,01
Liniowe, RC = 2 kΩ		IE = 1,5 mA		1,52		3,60		3,72		0,12			0,02
Liniowe, RC = 2 kΩ		RE		1,52		3,56		3,69		0,13			0,03
Dynamiczne, RC = 2 kΩ		IE = 1,5 mA		2,10		5,00		5,24		0,24			0,05
Dynamiczne, RC = 20 kΩ		IE = 1,5 mA		2,10		4,97		7,17		2,20			0,44
Dynamiczne, RC = 2 kΩ	RE		2,10		5,00		5,21		0,21		0,04

Wzmocnienie k_ur liczyliśmy z następującej zależności:

4. Pomiar wzmocnienia sumacyjnego k_us.

Wzmocnienie sumacyjne k_us określaliśmy mierząc przyrost napięcia wyjściowego, wynikający z jednoczesnej zmiany napięcia na obu wejściach w zakresie

-2, +2 V.

Uproszczony schemat ideowy układu badanego przy pomiarach wzmoc. sumacyjnego:

Tabela pomiarowa i obliczeniowa:

Obciążenie	Zasilanie emitera	Uwe1	Uwe2	Uwy2	Uwy2	ΔUwe	ΔUwy	kur
Liniowe, RC = 2 kΩ	IE = 0,5 mA	-2,33	2,10	4,50	4,49	0,23	2,40	10,43
Liniowe, RC = 2 kΩ	IE = 1,5 mA	-2,33	2,10	3,62	3,60	0,23	1,52	6,61
Liniowe, RC = 2 kΩ	RE	-2,33	2,10	3,80	3,35	0,23	1,70	7,39
Dynamiczne RC = 2 kΩ	IE = 1,5 mA	-2,33	2,10	4,99	5,00	0,23	2,89	12,57
Dynamiczne RC = 20 kΩ	IE = 1,5 mA	-2,33	2,10	4,99	5,04	0,23	2,89	12,57
Dynamiczne RC = 2 kΩ	RE	-2,33	2,10	4,99	5,00	0,23	2,89	12,57

Przypadki 1 i 2 zasilania źródłami prądowymi o wartościach odpowiednio 0.5 i 1.5 mA. Jak wiadomo wzmocnienie różnicowe jest wprost proporcjonalne do wartości transkonduktancji, która to jest funkcją prądu źródła. Zatem w przypadku 2 mamy dwukrotnie większa transkonduktancję (bo dwukrotnie większy prąd źródła), przez co wzmocnienie powinno być dwa razy większe, co zresztą zaobserwowano doświadczalnie (w przybliżeiu).

W przypadku 2 zasilamy emitery źródłem prądowym, którego rezystancja jest bardzo duża ( dla idealnego źródła nieskończona ). W przypadku 3 zamiast źródła występuje rezystor 10 kΩ, czyli dużo mniejszy od rezystancji źródła. W obliczu zależności na wzmocnienie sygnału sumacyjnego:

można stwierdzić, że wzmocnienie to maleje ze wzrostem rezystancji R_E, i tak jest w istocie.

Przypadki 4 i 5 są to układy zasilane źródłami prądowymi o jednakowej wydajności, różnią się wartością rezystancji kolektorowej na wyjściu. Ponieważ wzmocnienie różnicowe zależy od wartości R_C, więc będzie ono wyższe dla układu, w którym wartość tej rezystancji jest większa. Jednakże wartość wzmocnienia nie jest jedynie uzależniona od R_C, zależy także od transkonduktancji, a tym samym od prądu emitera. Czyli ograniczeniem wzmocnienia są rezystancja R_C oraz prąd źródła I_E. Wzrost R_C przyczynia się do wzrostu wzmocnienia różnicowego, a także sumacyjnego

(
)

Możliwa jest kompensacja tych zmian przez odpowiednie regulowanie punktem pracy ( prądem I_E ), czyli układem polaryzacji tranzystora. Układy 3 i 6 różnią się tylko rodzajem obciążenia. Dla obciążenia dynamicznego obserwujemy większe tłumienie sygnału sumacyjnego. W układzie tym zmiana wejściowego sygnału sumacyjnego powoduje zmianę prądu źródła wywołującą zmianę prądów I_C1, I_C2, lecz prąd I_C1 przepływający przez tranzystory obciążające wywoła zmianę prądu tych tranzystorów w taki sposób, że napięcie wyjściowe pozostanie bez zmian. Asymetria układu jest przyczyną skończonej wartości współczynnika CMRR, którego wartość nie zależy od wartości rezystancji źródła prądowego w obwodzie emiterów.

5. Badanie wzmocnienia różnicowego jako układu analogowego mnożenia sygnałów.

Wykorzystując zależność wzmocnienia k_ur, od prądu zasilającego emitery tranzystorów układu różnicowego , można zrealizować w tym układzie operację mnożenia analogowego. W szczególnym przypadku właściwość ta może być wykorzystana do modulacji amplitudowej sygnałów, przy czym wykorzystanie desymetryzujących własności obciążenia dynamicznego prowadzi do uzyskania modulatora zrównoważonego.

Rys. 10. IE = 1,5 mA R_{c dyn} = 2 kΩ

Rys. 11. IE = 1,5 mA R_{c lin} = 2 kΩ

---