POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Laboratorium Elektroniki i Energoelektroniki. Ćwiczenie nr 6 Temat: Tranzystorowy wzmacniacz różnicowy.
Rok akademicki: 2007/2008 Wydział Elektryczny Studia dzienne inżynierskie Nr grupy: E4
Uwagi:

1. Wprowadzenie:

Wzmacniacz elektryczny (wzmacniacz) to układ elektroniczny, którego zadaniem jest wytworzenie na wyjściu sygnału o wartości większej, proporcjonalnej do sygnału wejściowego. Dzieje się to kosztem energii pobieranej z zewnętrznego źródła zasilania.

Wzmacniacze są budowane przy użyciu elementów aktywnych (niegdyś lamp elektronowych, obecnie tranzystorów).

Ze względu na parametr sygnału, który jest wzmacniany, wzmacniacze dzielone są na:

-wzmacniacze prądu (współczynnik wzmocnienia napięciowego równy jest 1)

-wzmacniacz napięcia (współczynnik wzmocnienia prądowego równy jest 1)

-wzmacniacze mocy (wzmacniane są równocześnie prąd i napięcie) – najczęściej stosowane we wzmacniaczach akustycznych.

Ze względu na rodzaj wzmacnianego sygnału elektrycznego stosuje się podział:

-wzmacniacze stałoprądowe (lub wzmacniacze przebiegów wolnozmiennych)

-wzmacniacze pasmowe – wzmacniają sygnału z zadanego zakresu częstotliwości

-wzmacniacze selektywne – zakres częstotliwości jest względnie wąski

-wzmacniacze szerokopasmowe.

Najważniejsze parametry elektryczne wzmacniaczy to:

-współczynnik wzmocnienia prądowego

-współczynnik wzmocnienia napięciowego

-impedancja wejściowa – określa jak bardzo wzmacniacz obciąża źródło sygnału (im większa, tym lepiej)

-impedancja wyjściowa – określa jak duża część wzmocnionego sygnału zostanie "stracona" w obwodach wzmacniacza (im mniejsza, tym lepiej)

-pasmo przenoszonych częstotliwości

-stosunek sygnał/szum

-współczynnik tłumienia składowej sumacyjnej CMRR

Schemat ideowy wzmacniacza różnicowego.

Wzmacniacz różnicowy - jeden z najbardziej powszechnie używanych współczesnych analogowych układów elektronicznych. Wzmacniacz różnicowy jest układem symetrycznym. W najprostszej wersji składa się z dwóch tranzystorów sprzężonych ze sobą za pośrednictwem rezystora Re. Ponadto ten rezystor stabilizuje punkty pracy obu tranzystorów i wymusza on wartość prądu I_e płynącego we wspólnym obwodzie. Przy dużej wartości rezystancji Re prąd I_e nie zmienia się.

Ćwiczenie polegało na sprawdzeniu zasady działania wzmacniacza różnicowego oraz porównanie jego różnych układów różnicowej pary tranzystorów:

• ze źródłem w obwodzie emiterów,

• ze źródłem prądowym w obwodzie emiterów tranzystorów i obciążeniem rezystancyjnym,

• ze źródłem prądowym w obwodzie emiterów tranzystorów i obciążeniem dynamicznym ze źródłem prądowym

Układ pomiarowy:

1. Pomiary i obliczenia:

Wyznaczenie charakterystyki przejściowej U_wyR = f(U_weR) dla:

• różnicowej pary tranzystorów:

Lp.	UweR	UwyR
	[mV]	[V]
1.	501	-2,651
2.	407	-2,637
3.	296,7	-2,621
4.	205,6	-2,6
5.	109,5	-2,358
6.	0	-0,217
7.	-100,1	2,18
8.	-200,9	2,5
9.	-301,5	2,509
10.	-398	2,509
11.	-494	2,509

• układu ze źródłem prądowym i obciążeniem rezystancyjnym:

Lp.	UweR	UwyR
	[mV]	[V]
1.	-501	2,804
2.	-397	2,804
3.	-302,6	2,803
4.	-200,2	2,793
5.	-100,2	2,433
6.	0	-0,214
7.	100,2	-2,646
8.	200,6	-2,97
9.	300,3	-3,028
10.	398	-3,079
11.	500	-3,193

• układu ze źródłem prądowym i obciążeniem dynamicznym:

Lp.	UweR	UwyR
	[mV]	[V]
1.	507	-0,6
2.	403	-0,398
3.	308,6	-0,304
4.	199,8	-0,197
5.	98,3	-0,096
6.	2,6	-0,015
7.	-100	0,101
8.	-194,2	0,194
9.	-292,4	1,353
10.	-409	1,18
11.	-482	1,072

Wyznaczenie charakterystyki przejściowej U_wyR = f(U_weS) dla:

• różnicowej pary tranzystorów:

Lp.	UweR	UwyR
	[mV]	[V]
1.	-500	-0,202
2.	-399	-0,203
3.	-300	-0,203
4.	-200	-0,206
5.	-100	-0,207
6.	0	0,209
7.	100	0,209
8.	202	0,211
9.	299	0,24
10.	405	0,215
11.	495	0,217

• układu ze źródłem prądowym i obciążeniem rezystancyjnym:

Lp.	UweR	UwyR
	[mV]	[V]
1.	-500	-0,208
2.	-400	-0,215
3.	-300	-0,221
4.	-201	-0,225
5.	-99	-0,231
6.	0	-0,237
7.	100	0,243
8.	200	0,248
9.	301	0,254
10.	400	0,206
11.	500	0,263

• układu ze źródłem prądowym i obciążeniem dynamicznym:

Lp.	UweR	UwyR
	[mV]	[V]
1.	-500	-0,208
2.	-400	-0,215
3.	-300	-0,221
4.	-201	-0,225
5.	-99	-0,231
6.	0	-0,237
7.	100	0,243
8.	200	0,248
9.	301	0,254
10.	400	0,206
11.	500	0,263

Tabela z wynikami obliczeń:

Lp.	Układ	Kur	Kus	CMRR
1.	Różnicowa praca tranzystorów	5,18593	0,421106	12,31504
2.	Ze źródłem prądowym i obciążeniem rezystancyjnym	5,991009	0,471	12,71976
3.	Ze źródłem prądowym i obciążeniem dynamicznym	1,690597	0,001904	888,0081

Niezbędne wzory:

$$\text{CMRR} = \left| \frac{K_{\text{UR}}}{K_{\text{US}}} \right|$$

$$K_{\text{UR}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n}K_{\text{URi}}}{n}$$

$$K_{\text{US}} = \frac{\sum_{i = 1}^{n}K_{\text{USi}}}{n}$$

$$K_{\text{URi}} = \text{tgα} = \frac{\Delta U_{\text{wyRi}}}{\Delta U_{\text{weRi}}}$$

$$K_{\text{USi}} = \text{tgα} = \frac{\Delta U_{\text{wyRi}}}{\Delta U_{\text{weSi}}}$$

1. Wnioski:

Celem ćwiczenia było zbadanie tranzystorowego wzmacniacza różnicowego. Po przeprowadzeniu ćwiczenia i wykonaniu niezbędnych obliczeń okazało się że najmniejszym współczynnikiem CMRR cechuje się układ z różnicową parą tranzystorów, następnie układ ze źródłem prądowym i obciążeniem rezystancyjnym a największym współczynnikiem CMRR cechuje się układ ze źródłem prądowym i obciążeniem dynamicznym. W praktyce aby układ działał jak najlepiej współczynnik CMRR powinien być możliwie jak największy. Aby uzyskać dużą wartość CMRR, konieczne jest zachowanie symetrii układu i zasilanie wzmacniacza aktywnym źródłem prądowym o dużej rezystancji dynamicznej. Duża wartość współczynnika CMRR jest potrzebna głównie w celu eliminacji sygnałów zakłócających, które zwykle mają charakter napięć niesymetrycznych względem masy. W życiu zawodowym elektrotechnika ze współczynnikiem CMRR spotkamy się najczęściej już podczas użytkowania mierników cyfrowych. Napięcie wspólne jest napięciem pojawiającym się na gniazdach wejściowych

miernika w odniesieniu do uziemienia. Współczynnik CMRR określa zdolność

miernika do tłumienia efektu napięć wspólnych, który może powodować

miganie wskazania wyniku pomiaru lub sumowanie napięcia wspólnego z

wynikiem pomiaru. Mierniki posiadają najczęściej współczynnik CMRR > 60dB przy pomiarze napięcia przemiennego AC (DC÷60Hz) oraz >120dB przy pomiarze napięcia stałego

(DC, 50Hz i 60Hz).

Uważam że ćwiczenie wykonaliśmy prawidłowo a otrzymane wyniki choć częściowo odwzorowują rzeczywistość.