Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych	Skład grupy: AHMED	Wydział: elektryczny Rok: II Wt. Godz.7:30 Grupa: 3 Rok akad. : 2014/2015
Laboratorium Podstaw Elektroniki
Data ćw. : 12.05.2015 Nr ćwiczenia : 9	Temat: NIELINIOWE PRZETWORNIKI SYGNAŁU NA WZMACNIACZU OPERACYJNYM. UKŁAD LOGARYTMUJĄCY, POMIAROWY PRZETWORNIK AC-DC	Ocena

1. Cel ćwiczenia

Poznania zasad działania, budowy i badania układów nieliniowych na wzmacniaczu operacyjnym (WO), na przykładzie przetwornika logarytmującego oraz pomiarowego przetwornika prostującego sygnały przemienne.

1. Spis przyrządów:

• Makieta wzmacniacza operacyjnego

• Multimetr METEX MXD-4660A

• Generator FG-8002

• Zasilacz ZSM-1/97 i ZNM-2/97

1. Układy pomiarowe:

Rys 1. Przetwornik logarytmujący napięcie wejściowe z tranzystorem jako podstawowym elementem nieliniowym.

1. Wyniki pomiarów:
   
   (W badaniach użyliśmy rezystora R=47kΩ).

Tab. 1. Badanie przetwornika logarytmującego – zerowanie wzmacniacza.

Ui (typowe)	Ui [V]	Uo [V]
+10 V	10,02	-0,5997
-10 V	10,06	0,5313
- 10 mV	-0,0100	0,2170
+10 mV	0,0103	-0,4117

Tab. 2. Charakterystyka przejściowa i transmitancja przetwornika logarytmującego.

Ui [V]	Uo [V]
0,0104	-0,4123
0,0299	-0,4465
0,1009	-0,4800
0,298	-0,5088
1,003	-0,5403
3,04	-0,5688
10,08	-0,5997
-0,0107	0,2195
-0,0308	0,2639
-0,1016	0,3195
-0,303	0,3716
-1,000	0,4267
-3,01	0,4765
-10,06	0,5311

Wejście zwarte: U_o = 146,87 mV

Wejście wiszące: U_o = 138,14 mV

T=23,8 °C

R=46,60 KΩ

Obliczenia:

T=296,8 K

$$\varphi_{T} = \frac{\text{kT}}{q} = \frac{295,9K\ \bullet 1,3807 \bullet 10^{- 23}J/K\ }{1,6022\ \bullet 10^{- 19}\text{\ C}} = 0,02557\ \approx 25,6\ mV$$

A₊ = −φ_T = −0, 0256 

$$\beta_{+} = \frac{e^{\frac{U_{o}}{|A_{+}|}}}{U_{i}} = \frac{e^{\frac{0,43V}{| - 0,0256|}}}{2,1} = 10\ M$$

$${I_{\text{ST}} = \frac{1}{\beta_{+} \bullet R} = \frac{1}{10000000\ \bullet 46600} = 2,15\ pA\backslash n}\backslash n$$

$$U_{o} = {- \varphi}_{T}\ln\frac{U_{I}}{R \bullet I_{\text{ST}}} = - 0,0256 \bullet ln\frac{2,1}{46600\ \bullet 0,00000000000215} = - 0,43\ V$$

U_o = −U_BE

U_BE = 0, 43 V

$$I_{C} = I_{\text{ST}} \bullet \left\lbrack e^{\frac{U_{\text{BE}}}{M \bullet \varphi_{T}}} - 1 \right\rbrack = 2,15\ pA\ \bullet \left\lbrack e^{\frac{0,43\ V}{1,8\ \bullet 0,0256}} - 1 \right\rbrack = 24.3\ nA$$

A₋ = Mφ_T = 1, 8 • 25, 6 mV = 0, 0461

$$\beta_{\_} = \frac{e^{\frac{U_{o}}{A_{-}}}}{U_{i}} = \frac{e^{\frac{0,43V}{0,0461V}}}{2,1V} = 5354,1$$

$$I_{\text{SD}} = \frac{- 1}{\beta_{-} \bullet R} = \frac{- 1}{5354,1 \bullet 46600} = - 4,01\ nA$$

Sprawdzenie:
wzór: β₋ * I_SD * R = −1
5354,1 * -4,01*10^-9 * 46600 = -1,0005

Charakterystyka przejściowa U_o = f(U_i)

Charakterystyka |U_o|=f(|U_i|) dla II ćwiartki

Charakterystyka |U_o|=f(|U_i|) dla IV ćwiartki

Charakterystyka półlogarytmiczna |U_o|=f(|U_i|) dla II ćwiartki

Charakterystyka półlogarytmiczna |U_o|=f(|U_i|) dla IV ćwiartki

Tab. 3. Charakterystyka przejściowa dla prądu stałego.

Ui [V]	Uo [V]	k [V/V]
9,04	11,152	1,23
5,99	7,393	1,23
2,99	3,690	1,23
0,995	1,2251	1,23
0,510	0,6260	1,23
0,000	0,00055	0,00
-0,501	0,5598	1,12
-1,004	1,1230	1,12
-3,07	3,414	1,11
-6,10	6,782	1,11
-9,05	10,055	1,11

!! Niestety nie zsynchronizowaliśmy układu, co jest widoczne różnicą ~1V przy napięciach +/- 9V.

Obliczenia:

Transmitancja układu dla ujemnych sygnałów i dodatnich:

$${k = \frac{u_{0}(t)}{{|u}_{i}\left( t \right)|} = \ \frac{10,055}{| - 9,05|}\ \frac{V}{V} = \ 1,11\ \frac{V}{V}\backslash n}\backslash n$$

Błąd liniowości – czyli jak bardzo charakterystyka nie jest zbliżona do liniowej.

Charakterystyka ma charakter liniowy, nie jestem w stanie określić.

Błąd zera - jest określany przez wartość napięcia wejściowego potrzebną do przejścia od zerowej wartości słowa wyjściowego do następnej większej wartości. Błąd ten jest mierzony jako przesunięcie w stosunku do charakterystyki idealnej.

Błąd symetrii:

Tab.4 Charakterystyka przejściowa układu U_oDC=f(U_iRMS) w zakresie liniowej pracy

[V]	0,0390	1,012	2,02	3,08	4,03	5,03	6,12
[V]	0,0274	0,7381	1,4707	2,245	2,930	3,650	4,441

Charakterystyka przejściowa układu AC-DC w zakresie liniowej pracy

Otrzymany przebieg na wyjściu układu (bez C₂):

Otrzymany przebieg na wyjściu układu po załączeniu C₂:

1. Wnioski:

Otrzymane wyniki badań są porównywalne z obliczeniami teoretycznymi przeprowadzonymi przed zajęciami. Różnice mogą wynikać z rzeczywistych parametrów zastosowanych elementów i wpływu temperatury otoczenia na pomiary. Charakterystyka przejściowa idealnego przetwornika AC-DC powinna być symetryczna, rzeczywista charakterystyka odznacza się błędem niesymetrii nie przekraczającym 1%, efekt ten wywołany jest

m.in. niezupełnie dokładną symetryzacją napięć. Niestety my na zajęciach nie zsynchronizowaliśmy układu (co powinniśmy zrobić za pomocą rezystora nastawnego) czego efekt widoczny jest na niesymetrycznych wykresie charakterystyki, który jest obarczony wysokim błędem dla wartości +/- 9V (-7,12%), aczkolwiek do wartości +/- 1V wartość błędu symetrii była < 1%.

Przetwornik AC-DC daje na wyjściu przebieg dwupołówkowy, a wpięcie kondensatora C₂ powoduje wyprostowanie przebiegu.