Teoria(25), elektronika


Zespół Szkół Elektroniczno- Elektrycznych
w Koszalinie

Temat ćwiczenia:

Badanie wzmacniacza różnicowego

0x01 graphic

Koszalin rok szkolny 2001/2002


Wzmacniacze różnicowe.

Wzmacniacz różnicowy jest układem symetrycznym, skompensowanym temperaturowo. W najprostszej wersji składa się z dwóch tranzystorów sprzężonych ze sobą za pośrednictwem rezystora RE. Jeżeli tranzystory i rezystory są parami jednakowe oraz pracują w takich samych warunkach elektrycznych i cieplnych, to zmiany temperaturowe ich parametrów kompensują się i nie mają wpływu na własności wzmacniacza. Na przykład, gdy wskutek zmiany temperatury wzrosną prądy kolektorów obu tranzystorów o IC1 = IC2, to wzrosną również spadki napięcia URC1 = URC2 na rezystorach RC1 = RC2. Potencjały kolektorów obu tranzystorów zmniejszają się o taką samą wartość, a różnica napięć między kolektorami nie ulega zmianie.

Identyczność elementów i warunków ich pracy łatwo jest spełnić w układach scalonych, gdyż jak wiadomo, elementy scalone wykonane w jednej płytce półprzewodnikowej, w jednym procesie technologicznym, umieszczone w pobliżu siebie, odznaczają się dobrą powtarzalnością parametrów i dobrym sprzężeniem termicznym. Z tego względu wzmacniacz różnicowy jest podstawowym układem wykorzystywanym w monolitycznych wzmacniaczach operacyjnych i wzmacniaczach sygnałów wolnozmiennych. Ponadto, wspólny rezystor RE stabilizuje punkt pracy obu tranzystorów. Wymusza on wartość prądu płynącego we wspólnym obwodzie IE=IE1+IE2=IC1+IC2. Przy dużej wartości rezystancji RE prąd IE praktycznie nie zmienia się. Napięcia sterujące zmieniają tylko rozpływ prądów między tranzystorami T1 i T2.

0x01 graphic

Rysunek 1 Podstawowy układ wzmacniacza różnicowego

Wzmacniacz różnicowy może być sterowany z dwóch źródeł - sterowanie symetryczne, które dołącza się do baz obu tranzystorów lub też z jednego źródła - sterowanie asymetryczne. W tym przypadku źródło sygnału dołącza się do bazy jednego z tranzystorów, a bazę drugiego zwieramy do masy. Wyjście układu może być symetryczne z kolektorów obu tranzystorów albo asymetryczne między kolektorem jednego z tranzystorów a masą. Układ umożliwia więc asymetryczne albo symetryczne wejście i wyjście w dowolnych kombinacjach. Przy każdej z tych kombinacji uzyskuje się różne parametry. Gdy np. Eg2 = 0, Eg1 0x01 graphic
0, to na wyjściu tranzystora T1 otrzymuje się sygnał wzmocniony i odwrócony w fazie. Na wyjściu z kolektora T2 sygnał jest wzmocniony bez odwrócenia fazy. Wzrost bowiem napięcia na bazie T1 powoduje wzrost jego prądu, wzrost spadku napięcia na rezystorze emiterowym i zmniejszenie prądu tranzystora T2. Napięcie na kolektorze tranzystora T1 wówczas maleje, a wzrasta napięcie kolektorze tranzystora T2. Jeżeli jest jednocześnie sterowana baza tranzystora T2, to zmiany napięcia na kolektorach są dwukrotnie większe.

Jedną z podstawowych właściwości wzmacniacza różnicowego jest zdolność wzmacniania tzw. sygnałów różnicowych, przychodzących na oba wejścia w fazie przeciwnej

Ur = Uwej1 - Uwej2

Drugą podstawową właściwością wzmacniacza różnicowego jest tłumienie sygnałów sumacyjnych (CMRR) przychodzących na oba wejścia w fazie zgodnej

Us= 0x01 graphic

W związku z tym wyróżnia się wzmocnienie różnicowe Kur i wzmocnienie sumacyjne Kus. Przy idealnej symetrii wzmocnienie różnicowe wynosi:

Kur1 = - Kur2 = 0x01 graphic

Kur = 0x01 graphic

Wzmocnienie sumacyjne

KUS1 = KUS2 0x01 graphic

Sygnały różnicowe są sygnałami użytecznymi, natomiast sygnały sumacyjne są szkodliwe. Sygnały sumacyjne powstają np. wskutek zmian napięć zasilania, zakłóceń itp. Miarę zdolności tłumienia sygnałów sumacyjnych stanowi współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego

HS = 0x01 graphic

Współczynnik ten, oznaczany też jako CMRR, jest podawany w katalogach. Dla wzmacniacza idealnego Hs = 80 do 100 dB.

Dotychczas rozpatrywano zachowanie się wzmacniacza różnicowego dla małych sygnałów, gdy można zakładać, że jest on elementem liniowym. W rzeczywistości prądy kolektorów obu tranzystorów zależą od napięcia różnicowego Ur nieliniowo.

0x01 graphic

Rysunek 2 Wzmacniacz różnicowy ze źródłem prądowym

Przy budowie wzmacniaczy różnicowych dąży się do uzyskania dużego wzmocnienia różnicowego, dużego współczynnika tłumienia sygnału sumacyjnego, dużej rezystancji wejściowej oraz małych sygnałów niezrównoważenia i ich dryftów. Z analizy podanych zależności wynika, że poprawa parametrów wzmacniacza wymaga zwiększenia współczynnika wzmocnienia prądowego tranzystorów oraz rezystancji Re i Rc. Zwiększenie rezystancji Re jest ograniczone możliwościami technologicznymi i warunkami zasilania. Przy dużej wartości Re aby utrzymać wymaganą wartość prądu Ie należy zwiększyć napięcie Ee. Z kolei zmniejszenie prądu emitera jest niekorzystne, gdyż przy małych prądach maleje współczynnik wzmocnienia prądowego tranzystorów. Dlatego zamiast rezystancji Re w obwód emiterów włącza się źródło prądowe, charakteryzujące się małą rezystancją statyczną (dla prądu polaryzacji) i bardzo dużą rezystancją dynamiczną (dla sygnału wzmacnianego). Podobne ograniczenia istnieją również odnośnie doboru wartości rezystorów Rc. Te rezystory również zastępuje się często źródłami prądowymi. Jest to tzw. obciążenie aktywne obwodów kolektorów. Rezystancję wejściową można także zwiększyć zastępując tranzystory bipolarne tranzystorami unipolarnymi. Maleją wtedy również wejściowe prądy polaryzacji oraz niezrównoważenia. Wzrasta natomiast wejściowe napięcie niezrównoważenia jego dryft temperaturowy. Wzmacniacze różnicowe stanowią podstawę większości produkowanych obecnie monolitycznych wzmacniaczy operacyjnych. Wytwarza się również w postaci scalonej zespoły tranzystorów, dostosowane do pracy w układzie różnicowym. Przykładowo mogą to być układy scalone produkcji Polskiej: UL1101N i UL1111N wzmacniacz różnicowy z trzema niezależnymi tranzystorami. Cechą charakterystyczną tych układów jest m. in. dość duża częstotliwość graniczna tranzystorów (ft = 500MHz), co daje możliwość pracy w szerokim zakresie częstotliwości.

2

2

Badanie wzmacniacza różnicowego.

5

Teoria.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
5 i 6 Teoria Obwodów Elektrycznych
Teoria(20), elektronika
Teoria obwodów elektrycznych
teoria pomiarow elektrycznych
FiA lab wzory, Teoria pola elektromagnetycznego, Teoria pola elektromagnetycznego
Ćwiczenie 1 - Brudnopis, Politechnika Poznańska, Elektrotechnika, Teoria pola elektromagnetycznego,
Teoria(23), elektronika
Teoria(22), elektronika
Teoria(11), elektronika
teoria zadania 1, Elektrotechnika AGH, Semestr III zimowy 2013-2014, Inżynieria Materiałowa w Elektr
Pole EM-05, Teoria pola elektromagnetycznego, Teoria pola elektromagnetycznego
tematypracykontrolnej3semestr, Politechnika Poznańska, Elektrotechnika, Semestr III, I, I, Teoria po
Siły w polu magnetycznym, STUDIA, Teoria pola elektromagnetycznego
Teoria(10), elektronika
Laboratorium elektroniki - Ćwiczenie 02, Politechnika Lubelska, Studia, sem III, materiały, Teoria O

więcej podobnych podstron