Πείραμα. Ο Διαφορικός Ενισχυτής. Εξοπλισμός. Διαδικασία

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Πείραμα. Ο Διαφορικός Ενισχυτής. Εξοπλισμός. Διαδικασία"

Ελευθέριος Μακρή
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ο Διαφορικός Ενισχυτής Ο διαφορικός ενισχυτής είναι η βαθμίδα εισόδου άμεσης σύζευξης ενός τυπικού τελεστικού ενισχυτή. Η πιο κοινή μορφή ενός διαφορικού ενισχυτή είναι ένα κύκλωμα με είσοδο δύο άκρων και έξοδο ενός άκρου. Μερικά από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά ενός διαφορικού ενισχυτή είναι το ρεύμα μετατόπισης εισόδου, το ρεύμα πόλωσης εισόδου, η πτώση τάσης εισόδου και ο λόγος απόρριψης κοινού ρυθμού (CMRR). Σε αυτό το πείραμα, θα κατασκευάσετε ένα διαφορικό ενισχυτή και θα μετρήσετε τις προηγούμενες ποσότητες. Εξοπλισμός 1 Γεννήτρια Συχνοτήτων Τροφοδοτικά: ± Αντιστάτες: δύο Ω, δύο 100 Ω, δύο 1.5 kω, δύο 4.7 kω, δύο 10 kω (5% ανοχή) Τρανζίστορ: Ν Πυκνωτής: 0.47 μf 1 Ψηφιακό πολύμετρο 1 Παλμογράφος Διαδικασία ΡΕΥΜΑ ΟΥΡΑΣ ΚΑΙ ΡΕΥΜΑΤΑ ΒΑΣΗΣ Σχήμα - 1 1

2 1. Παρατηρείστε το ζεύγος των αντιστάσεων εξουδετέρωσης ( Ω) του Σχήματος -1. Οι συγκεκριμένοι αντιστάτες περιλαμβάνονται στο κύκλωμα του πειράματος για τη βελτίωση της αντιστοιχίας των διακριτών τρανζίστορ. Στο Σχήμα -1, μπορείτε να υποθέσετε ότι η τιμή του h FE είναι ίση με 00. Υπολογίστε προσεγγιστικά το ρεύμα ουράς. Να καταγραφεί η τιμή του στον Πίνακα -1. Επίσης, να υπολογίσετε και να καταγράψετε το ρεύμα βάσης του κάθε τρανζίστορ.. Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του Σχήματος Να μετρήσετε και να καταγράψετε το ρεύμα ουράς. 4. Να χρησιμοποιείστε το πολύμετρο ως αμπερόμετρο για να μετρήσετε το ρεύμα της βάσης σε κάθε τρανζίστορ. Εάν το αμπερόμετρό σας δεν είναι αρκετά ευαίσθητο για να μετρήσει ρεύματα της τάξεως των μερικών μικροαμπέρ, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον παλμογράφο με dc είσοδο για να μετρήσετε την τάση στα άκρα της κάθε αντίστασης βάσης και να υπολογίσετε το ρεύμα αυτής. Να καταγραφούν τα ρεύματα βάσης στον Πίνακα -1. ΡΕΥΜΑΤΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΚΑΙ ΠΟΛΩΣΗΣ 5. Με τα δεδομένα του Πίνακα -1 που υπολογίσατε, να υπολογίσετε την τιμή του ρεύματος μετατόπισης εισόδου και την τιμή του ρεύματος πόλωσης εισόδου. Να καταγράψετε τις θεωρητικές απαντήσεις σας στον Πίνακα Με τα δεδομένα του Πίνακα -1 που μετρήσατε, υπολογίστε τις τιμές των I in(off) και Ι in(bias). Καταγράψτε τις πειραματικές απαντήσεις σας στον Πίνακα -. ΠΤΩΣΗ ΤΑΣΗΣ ΕΞΟΔΟΥ Σχήμα -

3 7. Στο Σχήμα -, υποθέστε ότι η βάση του τρανζίστορ Q 1 είναι γειωμένη με ένα καλώδιο παράκαμψης. Εάν τα δύο τρανζίστορ είναι παρόμοια και όλα τα στοιχεία έχουν τις τιμές που εμφανίζονται στο σχήμα, τότε η συνεχής τάση εξόδου θα έχει μία τιμή περίπου ίση με Για αυτό το μέρος του πειράματος, κάθε απόκλιση από την τιμή ονομάζεται πτώση τάσης εξόδου και καθορίζεται ως out(off). 8. Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του Σχήματος -. Γειώστε τη βάση του τρανζίστορ Q 1 με ένα καλώδιο παράκαμψης. Να μετρήσετε την dc τάση εξόδου. Να υπολογίσετε την πτώση τάσης εξόδου και καταγράψτε την τιμή του out(off) στον Πίνακα Να αφαιρέσετε τη γείωση από τη βάση του Q 1. Να προσαρμοστεί το ποτενσιόμετρο έως ότου η τάση εξόδου να γίνει ίση με Να μετρήσετε την τάση της βάσης του Q 1. Καταγράψτε την τιμή στον Πίνακα -3 ως in(off). ΔΙΑΦΟΡΙΚΟ ΚΕΡΔΟΣ ΤΑΣΗΣ Σχήμα Λόγω των αντιστάσεων εξουδετέρωσης στο Σχήμα -3, το διαφορικό κέρδος τάσης δίνεται από τη σχέση R C /(r E + r e ). Να υπολογίσετε και να καταγράψετε το A v στον Πίνακα Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία. Να τεθεί η γεννήτρια συχνοτήτων στο 1 khz με πλάτος ίσο με 10 m pp. 13. Να μετρηθεί η τάση εξόδου. Να υπολογίσετε και να καταγράψετε την πειραματική τιμή του A v. ΚΕΡΔΟΣ ΤΑΣΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ 14. Να υπολογίσετε το κέρδος τάσης κοινού σήματος του Σχήματος -3. Να καταγραφεί η τιμή του A (CM) στον Πίνακα -4. 3

4 15. Να τοποθετήσετε ένα καλώδιο παράκαμψης μεταξύ των δύο βάσεων στο κύκλωμά σας. 16. Να αυξηθεί η τάση του σήματος εισόδου έως ότου η τάση εξόδου γίνει ίση με 0.5 pp. 17. Να μετρήσετε την peak-to-peak τάση εισόδου. Να υπολογίσετε και να καταγράψετε την πειραματική τιμή του A (CM). ΛΟΓΟΣ ΑΠΟΡΡΙΨΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΡΥΘΜΟΥ (CMRR) 18. Να υπολογίσετε και να καταγράψετε τη θεωρητική τιμή του CMRR χρησιμοποιώντας τα θεωρητικά δεδομένα του Πίνακα Να υπολογίσετε και να καταγράψετε την πειραματική τιμή του CMRR χρησιμοποιώντας τα πειραματικά δεδομένα του Πίνακα -4. ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 0. Σε αυτό το κομμάτι του πειράματος, ένα βραχυκύκλωμα συλλέκτη-εκπομπού σημαίνει ότι όλοι οι ακροδέκτες των τρανζίστορ είναι μεταξύ τους βραχυκυκλωμένοι. Ένα ανοιχτό κύκλωμα συλλέκτη-εκπομπού σημαίνει ότι το τρανζίστορ έχει αφαιρεθεί από το κύκλωμα. 1. Στο Σχήμα -3, να εκτιμήσετε τη συνεχή τάση εξόδου για κάθε σφάλμα του Πίνακα -5.. Να εισάγετε στο κύκλωμά σας το κάθε σφάλμα. Να μετρηθούν και να καταγραφούν οι συνεχείς τάσεις του Πίνακα -5. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ 3. Επιλέξτε αντιστάτες για το Σχήμα -3 με αντιστάσεις τέτοιες ώστε το ρεύμα ουράς να ισούται με 3 ma και η συνεχής τάση εξόδου με Να καταγράψετε τις κοντινότερες τιμές στα κλασσικά πρότυπα των αντιστάσεων στον Πίνακα Να πραγματοποιηθεί η συνδεσμολογία του Σχήματος με τις δικιές σας τιμές. Μετρήστε και καταγράψτε το ρεύμα ουράς και τη συνεχή τάση εξόδου. 4

5 Ονοματεπώνυμο Ημερομηνία Δεδομένα για το Πείραμα Πίνακας - 1 ΡΕΥΜΑΤΑ ΟΥΡΑΣ ΚΑΙ ΒΑΣΗΣ I T I B1 I B Θεωρητικές MultiSim Μετρήσεις Πραγματικές Πίνακας - ΡΕΥΜΑΤΑ ΕΙΣΟΔΟΥ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΚΑΙ ΠΟΛΩΣΗΣ I in(off) I in(bias) Θεωρητικές Πειραματικές MultiSim Πραγματικές Πίνακας - 3 ΤΑΣΕΙΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΕΙΣΟΔΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΥ out(off) in(off) MultiSim Πραγματικές Πίνακας - 4 ΚΕΡΔΗ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ CMRR A A (CM) CMRR Θεωρητικές MultiSim Μετρήσεις Πραγματικές 5

6 Πίνακας - 5 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ Σφάλμα Q 1 Συλ.-Εκπ. Βραχ. Q 1 Συλ.-Εκπ. Ανοιχ. Q Συλ.-Εκπ. Βραχ. Q Συλ.-Εκπ. Ανοιχ. Εκτιμώμενη out Μετρούμενη out MultiSim Πραγματικές Πίνακας - 6 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ: R E ; R E MultiSim % Σφάλμα Πραγματική % Σφάλμα Ερωτήσεις για το Πείραμα 1. Το ρεύμα ουράς του Πίνακα -1 είναι περίπου ίσο με: ( ) (a) 1 μα (b) 3.8 μα (c) 47.6 μα (d) 9.53 ma.. Το ρεύμα βάσης που υπολογίσατε για το Σχήμα -1 είναι προσεγγιστικά ίσο με: ( ) (a) 1 μα (b) 3.8 μα (c) 47.6 μα (d) 9.53 ma. 3. Το ρεύμα πόλωσης εισόδου που υπολογίσατε για το Σχήμα -1 είναι περίπου ίσο με: ( ) (a) 1 μα (b) 3.8 μα (c) 47.6 μα (d) 9.53 ma. 4. Η τάση μετατόπισης εισόδου είναι η τάση εισόδου η οποία αφαιρεί: ( ) (a) το ρεύμα ουράς (b) τη συνεχή τάση εξόδου (c) την τάση μετατόπισης εξόδου (d) την τάση τροφοδοσίας. 5. Ο λόγος CMRR του Πίνακα -4 είναι περίπου ίσος με: ( ) (a) 0.5 (b) 7.5 (c) 55 (d) Για ποιο λόγο μία υψηλή τιμή του λόγου CMRR θεωρείται πλεονέκτημα σε ένα διαφορικό ενισχυτή; 6

7 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 7. Στο Σχήμα -3, κάποιος εσφαλμένα χρησιμοποίησε έναν αντιστάτη των 150 Ω αντί του 1.5 kω ως αντιστάτη ουράς. Να αναφέρετε μερικά από τα dc και τα ac συμπτώματα που θα προκύψουν. 8. Υποθέστε ότι αντιμετωπίζετε κάποια προβλήματα στο κύκλωμα του Σχήματος -3. Τι ac τάση θα πρέπει να εμφανίζεται στον παλμογράφο στον κόμβο της αντίστασης των Ω ως προς τη γείωση; ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΡΙΣΕΩΣ 9. Τι τιμές αντιστάσεων χρησιμοποιήσατε για τους αντιστάτες R E και R C στο κύκλωμά σας; Ποια είναι η νέα τιμή του λόγου CMRR; 7

8 Ορισμοί Διαφορική έξοδος: v A ( ) out v 1 v I B1 + I B Ρεύμα πόλωσης εισόδου: I in( bias) Ρεύμα μετατόπισης εισόδου: I in( off ) I B1 I B Τάση μετατόπισης εισόδου: in( off ) A error Λόγος απόρριψης κοινού σήματος: CMRR A A (CM ) db CMRR: CMRR db 0 log CMRR 8

9 Τυπολόγιο Διαφορική έξοδος: v A ( ) out v 1 v Ρεύμα ουράς: I T R EE E Ρεύμα εκπομπού: I E IT RC Έξοδος ενός άκρου: A ' r e R Διαφορική έξοδος: A ' r C e Σύνθετη αντίσταση εισόδου: z in ' βr e Πρώτο σφάλμα τάσης: 1 err ( RB 1 RB ) I in( bias) Δεύτερο σφάλμα τάσης: err ( R R ) + B1 B I in( off ) 9

10 Τρίτο σφάλμα τάσης: 3err in ( off ) Συνολικό σφάλμα τάσης εξόδου : A ( + ) 3 err 1err err + 3err Κέρδος τάσης κοινού σήματος: A ( CM ) R C R E 10

Σχετικά έγγραφα

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑ 4

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΕΚΠΟΜΠΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑ 4 Εφόσον το τρανζίστορ ενός ενισχυτή κοινού εκπομπού πολωθεί με το σημείο Q να βρίσκεται κοντά στο μέσο της DC γραμμής φορτίου, μπορεί να συνδεθεί ένα μικρό ac σήμα στη βάση. Με αυτόν τον τρόπο, παράγεται