1
TRANZYSTOROWY UKŁAD RÓŻNICOWY (DN 031A)
5V
R
10
47k
R
3
10k
k
9
R
18
18k
R
22
47k
baza 1
150k
R
E
1,5
R
24
910
R
6
2k
R
9
6,8 k
R
8
3k
R
12
3k
zerowanie
+15
R
23
910
R
25
2,4k
mod 1
mod 2
R
13
82k
-15V
-15V
R
14
62k
12
1nF
C
2
R
17
10k
1/5UL1111
R
15
11k
11
C
3
6,2nF
-15V
V
C
5
220pF
V
V
2/5 UL1111
+5
+5
+5
+5V
+5
-15V
-15V
150k
R
20
R
2
T
4
T
5
R
19
180k
10
6
7
8
regulowane źródło napięciowe
2/5UL1111
T
3
R
16
3,6k
I
E
1,5
0,5
14
13
zespół zasilania emiterów
obciążenie dynamiczne
+15
+15
R
11
6,8 k
T
6
BC157
T
7
BC157
zespół sterowania
R
1
1k
R
2
10
mod
XY
V
ΔV
R
4
10
x1 x50
R
26
47
C
4
220pF
R
c
dyn
R
5
2k
WY
2
WY
1
T
1
R
7
20k
R
c
20k
baza 2
1
4
5
2
3
T
2
T
1
i
2
i
1
C
1
2,2
μF
Rys.1. Schemat badanego układu różnicowego DN031A
1. OPIS WKŁADKI DN031A
Badany układ różnicowy, którego schemat przedstawiono na rys. 1, składa się z dwóch tranzystorów (T
1
,
T
2
) monolitycznego układu scalonego UL1111. Tranzystory te, w zależności od pozycji przełącznika "zespołu
zasilania emiterów", są spolaryzowane przez źródło prądowe T
3
o wydajności 0,5 lub 1,5 mA lub przez rezy-
stor R
17
. W tym drugim przypadku prąd zasilania emiterów wynosi również 1,5 mA. Układ różnicowy może
współpracować z obciążeniem liniowym (rezystory R
5
i R
6
) lub z lustrem prądowym (T
6
, T
7
). Zmiany rodzaju
obciążenia dokonuje się przełącznikiem suwakowym "R
c
-dyn". W przypadku obciążenia lustrem prądowym
(Rys. 2) rezystor R
C
służy do ograniczenia wzmocnienia różnicowego (przy bardzo dużych wartościach k
ur
utrzymanie układu różnicowego w stanie równowagi jest bardzo trudne). Przy braku wysterowania napięcie
wyjściowe równe jest U
CC
=5V, bez względu na wartość prądu zasilania emiterów. Zakres aktywnej pracy
tranzystora T
2
ograniczony jest z jednej strony jego zatkaniem (u
WY2
wynosi wówczas U
CC
+ I
E
⋅
R
C
), z drugiej
zaś - jego nasyceniem, tzn. przewodzeniem złącza B-C tranzystora T
2
. Przełącznik "R
c
-20 k
Ω" umożliwia
zmianę wartości R
C
i zaobserwowanie wynikających stąd zmian wzmocnienia.
2
i
T
1
i
1
i
=i
1
i
1
-
i
2
T
2
i
2
I
E
=
i
1
+
i
2
+15V
U
cc
=5V
R
c
=2;20k
WY
2
Rys.2. Zasilanie kolektorów badanego układu
różnicowego za pomocą lustra prądowego w
pozycji ‘dyn’ przełącznika obciążenia.
R
C
dyn
mod 2
xy
mod 1
1,5
20 k
R
c
2
1
outputs
voltage
ΔV
base 1
XY
mod
V
V
base 2
R
E
I
E
0,5
V
nor
kpe
DN 031A
x1 x50
Rys. 3. Widok płyty czołowej wkładki DN031A
Wybór rodzaju sygnału w różnych eksperymentach umożliwia zespół przełącznika sterowania bazy tranzysto-
ra T
1
(base 1) oraz przełącznik sterowania bazy T
2
. Na bazę T
1
można podać:
• przyrost napięcia stałego równy 5mV przy pomiarach wzmocnienia różnicowego (włączenie ΔV i chwilo-
we naciskanie klawisza oznaczonego ‘
←‘);
• napięcie stałe regulowane z pomocniczego źródła V (T
4
, T
5
, R
22
) przy pomiarach wzmocnienia sumacyjne-
go. Napięcie to można regulować w granicach ~ -2, +2 V;
• napięcie trójkątne z wkładki charakterograficznej dwukanałowej XY (wkładka SN7212) przy obserwacji
charakterystyk przejściowych;
• sygnał sinusoidalny z generatora sygnałów doprowadzany do wejścia ‘mod 1’. Sygnał ten jest 100-krotnie
redukowany (R
1
-R
2
), o czym należy pamiętać przy obliczaniu wzmocnienia.
Do bazy T
2
można jedynie stałe regulowane napięcie V, potrzebne pomiarach wzmocnienia sumacyjnego.
Ponadto oba wejścia układu różnicowego można niezależnie od siebie łączyć z masą klawiszami oznaczonymi
symbolem ‘
⊥‘.
Na wyjściach układu różnicowego znajdują się dodatkowe rezystory szeregowe R
23
, R
24
, zabezpieczające
przed wzbudzeniem się układu po obciążeniu go kablami łączącymi. Rezystory te, wobec dużej rezystancji
wejściowej przyrządów pomiarowych, zazwyczaj większej niż 1M
Ω praktycznie nie wprowadzają błędów
pomiaru.
2. OBSERWACJE I POMIARY
2.1. Charakterystyki przejściowe układu różnicowego
u
C1
= u
WY1,
u
C2
=
u
C2
pomiar
asymptoty (obliczone)
u
B1
u
WY2
= U
CC
=5V
u
WY2
= U
CC
- I
E
R
c
= 4V
u
WY2
= U
CC
- I
E
R
c
/2+
1
B
ur
u
k
+
= 4,5V+10u
B1
,
10
4
/
40
2
/
=
=
=
+
c
E
c
m
ur
R
I
R
g
k
Rys. 4. Przykładowe charakterystyki przejściowe pary różnicowej;
zmierzone (linie kropkowane) i obliczone (linie ciągłe).
3
Statyczne charakterystyki przejściowe u
WY1
, u
WY2
= f(u
B1
) tranzystorowego układu różnicowego z obciążeniem
liniowym R
C
mają w przybliżeniu kształt przedstawiony na rys. 4. Należy obejrzeć je na ekranie oscyloskopu i
przerysować do sprawozdania lub pobrać do pliku z wykorzystaniem oscyloskopu cyfrowego. Obie charakte-
rystyki powinny być obserwowane jednocześnie za pomocą wkładki charakterograficznej dwukanałowej XY
SN7212 (rys. 5), najlepiej w zakresie współrzędnych: x
∈ (-4V; +4V): y ∈ (0; +5V). Pomiaru dokonać przy
bazie T
2
zwartej z masą, dla 6 przypadków podanych w Tabeli 1.
u
WY2
u
WY1
WY
2
z wkładki
charakt.XY
u
B1
-
15V
zespół zasilania
emiterów
WY
1
U
CC
=5V
R
C
=2k
R
C
R
C
T
1
T
2
V
2
1
X50
XY
WY
WE A
WE B
X
Y
układ badany DN031A
wkładka charaktero
-
graficzna SN7212
CH1-X
CH2-Y
WY
Rys. 5. Uproszczony schemat układu badanego przy obserwacji statycznych charakterystyk przejściowych
oraz układ połączeń przyrządów.
W sprawozdaniu w polu zmierzonych charakterystyk
przejściowych wrysować linie (asymptoty) opisujące
zależności u
WY2
= f(u
B1
), u
WY1
= f(u
B1
) w różnych zakre-
sach napięcia wejściowego obliczone dla poszczegól-
nych układów. W polu rysunków umieścić równania
tych linii tak jak to pokazano na rys. 4. W oblicze-
niach przyjąć: U
CC
= 5V, U
EE
= -15V, R
C
= 2 k
Ω, R
E
=
10 k
Ω.
2.2. Wzmocnienie małosygnałowe układu różnicowego
2.2.1. Pomiar metodą przyrostową
Wzmocnienia
różnicowe układu badanego określa się
na podstawie pomiaru przyrostu napięcia na kolektorze
T
1
(
−
ur
k ), T
2
(
+
ur
k ) lub napięcia pomiędzy kolektorami
(
ur
k ) (patrz rys. 6a), który powstaje wskutek zwiększe-
nia napięcia różnicowego o 5mV. Jest to realizowane
przez podanie skoku napięcia
Δu
B1
= 5mV przy
u
B2
=0.
Dokonuje się tego wciskając chwilowo przycisk ‘
←‘
przy włączonym przycisku ‘
ΔV’, przy czym baza T
2
powinna być połączona z masą za pomocą przycisku
‘
⊥‘. Przyrosty napięć wyjściowych u
WY2
i
u
WY1
mierzyć
za pomocą woltomierzy dc.
Wzmocnienia
sumacyjne
k
us
określa się mierząc przy-
rost napięć wyjściowych, wynikający z jednoczesnej
zmiany napięcia na obu wejściach w zakresie np. -2, +2
V. W tym celu zwiera się bazy tranzystorów T
1
, T
2
i do-
łącza je do napięcia V wciskając oba przyciski oznaczo-
ne tym symbolem. Zmianę napięcia wejściowego mierzy
się woltomierzem, który powinien być połączony z
gniazdem V wkładki DN031A. (Rys. 6b).
Wzmocnienia
różnicowe (
−
ur
k ,
+
ur
k ,
ur
k ) i sumacyjne (
−
us
k ,
+
us
k ,
us
k ) należy zmierzyć dla sześciu różnych
przypadków podanych w Tabeli 1. Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w Tabelach pomiarowych 2 i 3.
Tabela 1
Lp.
Obciążenie Zasilanie
emiterów
1.
2.
3.
4.
5.
6.
liniowe, R
c
= 2k
Ω
-
''
-
-
''
-
dynamiczne R
c
= 2 k
Ω
-
''
- R
c
= 20 k
Ω
-
''
- R
c
= 2 k
Ω
I
E
=0,5mA
I
E
=1,5mA
R
E
I
E
=1,5mA
I
E
=1,5mA
R
E
OBC.
I
E
,R
E
+5V
+5V
-15V
+15V
WY
2
u
WY2
T
1
T
2
10
Ω
10k
Ω
ΔV = 5mV
Obciążenie liniowe
lub dynamiczne
zespół zasilania
emiterów
Rys. 6a. Uproszczony schemat układu w czasie
pomiarów wzmocnienia różnicowego
4
W sprawozdaniu
-Pod tabelami pomiarowymi podać wzory sto-
sowane do obliczania na podstawie pomiarów
współczynników
−
ur
k
,
+
ur
k
,
ur
k
,
−
us
k
,
+
us
k
,
us
k
.
-Umieścić w tabelach wartości w/w współczyn-
ników obliczone teoretycznie (w p. 2.1)
-Wymienić możliwe przyczyny różnic między
wartościami rzeczywistymi i teoretycznymi.
-Podać odpowiednie wzory, obliczyć i umieść w
tabeli wartości współczynników CMRR,
CMRR
+
, CMRR
-
.
Odpowiedzieć na pytania:
- Jakie skutki spowodowałoby zwiększenie
R
C
do wartości 20 k
Ω w układzie nr 2?
- Jak jest maksymalna wartość wzmocnienia
różnicowego (rezystancji
R
C
) w układzie nr 2.
- Jak jest maksymalna wartość wzmocnienia
różnicowego (rezystancji
R
C
) w układzie nr 4/5.
OBC.
I
E
,R
E
+5V
-15V
+15V
WY
2
u
WY2
V (-2;+2V )
T
1
T
2
Rys. 6b. Uproszczony schemat układu w czasie po-
miarów wzmocnienia różnicowego i sumacyjnego.
Tabela 2 Pomiar wzmocnienia różnicowego
Zasilanie
emiterów
Obciążenie U
r
U
WY1
U
WY2
−
ur
k
+
ur
k
ur
k
−
ur
k
+
ur
k
ur
k
mV
V V
pomiar teoria
0
I
E
=0,5mA
Rc=2k
Ω
5
0
I
E
=1,5mA
Rc=2k
Ω
5
0
R
E
=10mA
(I
E
=1,5mA)
Rc=2k
Ω
5
0
---
I
E
=1,5mA dyn.
Rc=2k
Ω
5
---
---
---
0
---
I
E
=1,5mA dyn.
Rc=20k
Ω
5
---
---
---
0
---
R
E
=10mA
(I
E
=1,5mA)
dyn.
Rc=2k
Ω
5
---
---
---
() wielkości mierzone
, () wielkości obliczane na podstawie pomiarów
Tabela 3 Pomiar wzmocnienia sumacyjnego
Zasilanie
emiterów
Obciążenie
U
s
=V U
WY1
U
WY2
−
us
k
+
us
k
us
k
−
us
k
+
us
k
us
k
V
V V
pomiar
teoria
I
E
=0,5mA
Rc=2k
Ω
I
E
=1,5mA
Rc=2k
Ω
R
E
=10mA
(I
E
=1,5mA)
Rc=2k
Ω
---
I
E
=1,5mA dyn.
Rc=2k
Ω
---
---
---
---
I
E
=1,5mA dyn.
Rc=20k
Ω
---
---
---
---
R
E
=10mA
(I
E
=1,5mA)
dyn.
Rc=2k
Ω
---
---
---
() wielkości mierzone
, () wielkości obliczane na podstawie pomiarów
5
2.2.2. Pomiar metodą zmiennoprądową
Dla przypadków A i B w Tabeli 4 zmierzyć charakterystykę amplitudową wzmacniacza dla pracy różnico-
wej (wyjście WY2). Sygnał zmienny z generatora METEX doprowadzić do wejści „mod1”. Amplitudę
sygnału dobrać tak aby nie wystąpiły zniekształcenia sygnału na wyjściu. Napięcia wyjściowe i wejściowe
mierzyć oscyloskopem cyfrowym w funkcji częstotliwości. Określić wartość wzmocnienia k
ur
w zakresie
m.cz. i porównać z wartością obliczoną w p.2.2.1 (zauważ, że napięcie doprowadzone do wejścia ‘mod1’ jest
100-krotni tłumione). Pomiary przeprowadzić w zakresie 10 Hz < f < 2 MHz. Wyznaczyć górną częstotliwość
graniczną wzmacniacza.
Zmierzyć charakterystykę amplitudową wzmacniacza dla pracy sumacyjnej. Sygnał zmienny z generatora
METEX doprowadzić do wejścia V przy czym należy zadbać o to aby (i) oba wejścia wzmacniacza były
połączone z tym gniazdem (wybrany klawisz V na obu wejściach wzmacniacza) (ii) tranzystor T
4
nie obciążał
źródła sygnału. Należy ustawić potencjometrem V minimalną wartość napięcia V (
≅ -2V). Amplituda sygnału
sterującego nie powinna przekraczać wartości 2V. Określić wartość wzmocnienia k
us
w zakresie m.cz. i
porównać z wartością w obliczoną w p.2.2.1. Pomiary przeprowadzić w zakresie 10 Hz < f < 2 MHz.
Tabela 4
zespół 1 2 3 4 5 6
A/B 4/6 2/3 3/6 2/4 4/6 2/3
W sprawozdaniu
-Wykreślić na jednym wykresie wszystkie zmierzone charakterystyki k
ur
( f ) i k
us
( f ) (k
u
- [dB], f - Hz skala
log).
-Obliczyć i wykreślić (na jednym wykresie) w funkcji częstotliwości współczynnik CMRR (w [dB]) dla obu
zmierzonych przypadków.
3. WYKAZ APARATURY POMOCNICZEJ
Do wykonania ćwiczenia są potrzebne następujące przyrządy pomiarowe:
• przystawka charakterograficzna dwukanałowa XY (wkładka SN7212 )
• oscyloskop cyfrowy
• generator Metex
• woltomierz dc (2 szt)