AGH	Imiona i Nazwiska : 1. Paweł Romanek 2. Rafał Sęk 3. Paweł Szymusiak
Laboratorium z Podstaw elektroniki		Semestr : IV
Rok akademicki : 1998/99	Rok studiów : 2	Grupa studencka : 6
Kierunek : ELEKTROTECHNIKA
Temat ćwiczenia : Wzmacniacz różnicowy		Nr ćwiczenia : 3
Data wykonania ćwiczenia : 22.03.1999	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 przy obserwacji statycznych charakterystyki przejściowych:

Zespół zasilania emiterów:

I_E=0,5 ; 1,5 mA - zasilanie prądowe

R_E = 1,5 mA - zasilanie rezystancyjne

1.1.Wzmacniacz zasilany przez rezystor R_C = 2 kΩ, I_E = 1,5 mA przy U_b2 = 0.

1.2.Wzmacniacz zasilany przez rezystor R_C = 2 kΩ, I_E = 1,5 mA przy U_b2 = V.

1.3.Wzmacniacz zasilany przez rezystor R_C = 2 kΩ, I_E = 0,5 mA przy U_b2 = 0.

1.4.Wzmacniacz zasilany przez rezystor R_E = 10 kΩ (1,5mA), przy U_b2 = 0.

1.5.Wzmacniacz zasilany przez rezystor R_E = 10 kΩ (1,5mA), przy U_b2 = V.

Podczas zmieniania napięcia bazy drugiego tranzystora zmieniało się w poziomie położenie przecięcia charakterystyk. 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 ulegnie wartość prądu płynącego przez R_E, przez co odkształcą się nieco poziomy charakterystyki w „kierunku pionowym”, przy czym kształt charakterystyki i wartości wzmocnień zmianie nie ulegną.

3. Pomiary wzmocnienia układu różnicowego.

W tej części ćwiczenia zajmowaliśmy się pomiarem wzmocnienia różnicowego oraz sumacyjnego wzmacniacza w zależności od obciążenia i sposobu zasilania emiterów. W ten sposób dokonaliśmy pomiarów w następujących sześciu przypadkach:

Lp.	Obciążenie	Zasilanie emiterów
1	liniowe, RC = 2 kΩ	IE = 1.5 mA
2	liniowe, RC = 2 kΩ	IE = 0.5 mA
3	liniowe, RC = 2 kΩ	RE = 10 kΩ
4	dynamiczne, RC = 2 kΩ	IE = 1.5 mA
5	dynamiczne, RC = 20 kΩ	IE = 1.5 mA
6	Dynamiczne, RC = 2 kΩ	RE = 10 kΩ

Uproszczone schematy ideowe układu badanego przy pomiarach wzmocnienia

1. różnicowego

b) sumacyjnego

Pomiar wzmocnienia różnicowego:

Wzmocnienie różnicowe określaliśmy na podstawie przyrostu napięcia wyjściowego wywołanego 5-miliwoltowym przyrostem napięcia na wejściu układu.

Wartości wzmocnienia dla przypadków 2 i 4 były wyliczane przed wykonaniem ćwiczenia. Dla przypadku 2 wartość k_ur wyliczona wynosi 57 (zmierzona 24), a dla przypadku 4 wartość wyliczona wynosi 60 (zmierzona 46).

Pomiar wzmocnienia sumacyjnego:

Wzmocnienie sumacyjne określaliśmy na podstawie przyrostu napięcia wyjściowego wywołanego 4-woltowym przyrostem napięcia na wejściu układu przy zwarciu obu wejść.

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.

4. Badanie wzmacniacza różnicowego jako układu analogowego mnożenia sygnałów.

W układzie modulatora amplitudy obserwowaliśmy zachowanie sygnału zmodulowanego dla obciążenia liniowego i dynamicznego. Jako sygnał modulujący wykorzystaliśmy trapezoidę

Dla obciążenia dynamicznego przebieg zmodulowany wygląda jak na rysunku:

Dla obciążenia liniowego przebieg zmodulowany wygląda jak na rysunku:

Dla obciążenia liniowego zmodulowany przebieg jest mniej symetryczny, obwiednia dolna i górna mają różne kształty. Przebieg ten przypomina sygnał będący wynikiem wzmocnienia różnicy sygnałów modulowanego i modulującego.

---