Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Кафедра систем и управления

Лабораторная работа №6

«Исследование дифференциального усилительного каскада»

По дисциплине СвСУ

Выполнил: Проверил:

. Преподаватель: Русак Л. В.

Минск 2010

Цель работы: изучение принципа действия дифференциального усилительного каскада.

Теория:

Гальванические связи применяются для усиления медленно меняющихся напряжений и токов, а также в тех случаях, когда требуется усиливать не только переменные, но и постоянные составляющие сигналов.

Элементами гальванических связей могут быть резисторы, диоды и просто проводники. В последнем случае связь называется непосредственной.

В усилителях с гальваническими связями (УГС), такие усилители часто называют усилителями постоянного тока (УПТ), отсутствие разделительных конденсаторов и трансформаторов в УГС исключает наличие фазового сдвига. В большинстве случаев при использовании УГС требуется, чтобы при изменении полярности постоянной составляющей входного сигнала изменялась и полярность постоянной составляющей выходного сигнала. УГС находят применение в стабилизаторах напряжения и тока, измерительных приборах, устройствах автоматики, следящих системах, счетно-решающих устройствах вычислительных машин и т. д. В последнее время область использования УГС значительно расширилась и они стали широко применяться в качестве составной части различных усилителей переменного тока (УНЧ, ВУС, широкополосных усилителях и пр.). Это обусловлено тем, что УГС, не содержащие громоздких конденсаторов большой емкости, удобно изготовлять по интегральной технологии, которая обеспечивает получение УГС с очень высокими параметрами.

На выходе УПТ может появиться сигнал даже в том случае, если на его входе сигнала нет. Это явление, присущее УПТ прямого усиления, в которых сигнал постоянного тока усиливается непосредственно, без преобразования в сигнал переменного тока, и называемое дрейфом нуля, проявляется в изменении выходного напряжения без изменения входного сигнала.

---

Основными причинами дрейфа нуля являются: нестабильность напряжения питания, которым определяется режим транзистора по постоянному току; зависимость параметров транзистора и других элементов схемы от температуры окружающей среды; старение элементов и связанное с ним изменение их параметров.

Эти причины объединяют общим названием - дестабилизирующие факторы. Таким образом, дрейф нуля представляет собой ложный выходной сигнал, причиной появления которого является не входной сигнал, а воздействие на УПТ одного или нескольких дестабилизирующих факторов.

Активные элементы VT1 и VT2 образуют два плеча моста. Еще два плеча образованы резисторами R1 и R2. Эмитирующие электроды активных элементов имеют общий резистор. Источник входного напряжения u_ВХ включен между управляющими электродами активных элементов, а выходным напряжением u_ВЫХ является напряжение между выходными электродами. Таким образом, данный УГС имеет симметричные вход и выход.

Если элементы симметричных плеч одинаковы, т. е. R1 = R2, и параметры активных элементов VT1 и VT2 одинаковы, то при u_ВХ = 0 мост сбалансирован и u_ВЫХ = 0. Изменение напряжения питания, температуры окружающей среды и других факторов в симметричной мостовой схеме приводит к одинаковому изменению токов i₁ и i₂. В результате напряжения выходных электродов (коллекторов или стоков) изменяются одинаково, и разность напряжений между ними по-прежнему остается равной нулю.

Под действием напряжения u_ВХ изменения напряжений управляющих электродов оказываются одинаковыми по значению и противоположными по полярности. Эти напряжения вызывают изменения токов i₁ и i₂ таким образом, что ∆i₁=-∆ i₂. Напряжение на резисторе R₃ при этом не изменяется, так как ∆_u3 = (∆i₁+∆ i₂) R₃ = 0.

Это означает, что для парафазных напряжений резистор R, не является резистором ООС, и транзисторы VT1 и VT2 совместно с резисторами R1 и R2 образуют однокаскадные усилители без ООС.

Дифференциальные усилители (ДУ) на биполярных и полевых транзисторах отличаются от балансных усилителей, наличием двух несимметричных входов. При поступлении на входы ДУ парафазных напряжений u_вых1 = u_вх/2 и u_вх2 = — u_вх/2 работа ДУ не отличается от работы усилителя параллельного баланса. При этом резистор R_э не является элементом ООС.

---

При поступлении на входы ДУ синфазных сигналов u_вх1=u_вх2=u_вх изменения токов i₁ и i₂ равны и по значению и по знаку, а изменение напряжения на резисторе R_э:

∆_u3 = (∆i₁+∆ i₂) R_э =2(∆i) R_э.

Такм образом, для синхронных входных напряжений резистор R_э является элементом OOC, и коэффициент усиления для каждого плеча ДУ можно определить по формуле:

Кисф= R_r/ 2R_э ,

где R_K=R1=R2 и R₃ — сопротивления резисторов в коллекторных и эмиттерных цепях соответственно.

При входных синфазных сигналах потенциалы коллекторов изменяются одинаково, поэтому напряжение на симметричном выходе u_ВЫХ = 0.

Обычно синфазные сигналы представляют собой сигналы помехи, поэтому желательно иметь Кисф = 0. Уменьшение Кисф достигается увеличением сопротивления резистора R₃.

Таким образом, в ДУ с полностью симметричными плечами синфазный сигнал по симметричному выходу полностью подавляется, а выходное напряжение пропорционально разности входных напряжений, т.е. их дифференциальной части. Выходные напряжения по несимметричным выходам, кроме полезной дифференциальной составляющей, содержат и синфазную составляющую.

Практическая часть:

1. С обрать схему дифференциального усилительного каскада, изображённую на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема для исследования дифференциального усилителя каскада.

2. Устанавливаем вольтметры PV1-PV3. В режим измерения переменного напряжения.

3. Устанавливаем параметры источников входных сигналов (G2 и G3) в соответствии со схемой.

4. Включаем схему. Наблюдаем отсутствие выходного сигнала (вольтметр PV3) при поступлении синфазных сигналов одинаковой амплитуды и частоты.

5. Сохранив схему. Изменяем амплитуду одного из сигналов.

6. В меню “Файл” выбираем команду “Вернуться к сохранённому” (Revert to saved…). Схема вернётся в состояние, соответствующее пункту 5.

7. Изменяем фазу одного из сигналов. Для этого в диалоговом окне AC Voltage Source Properties (Свойства источника переменного напряжения) устанавливаем фазу (Phase) сигнала 180º (Рисунок 3).

---

Рисунок 3 – Свойства источника переменного напряжения.

Вывод: из показаний вольтметров и амперметров видно, что усиление сигнала осуществляется за счет включения в схему транзисторов. А для изменения коэффициента сигнала следует изменять количество каскадов.

---

Смотрите также файлы

• Лаба 10.docx

• Лаба 3 и 4.docx

• Лаба 1 и 2.docx

• Лаба 15.docx

• Дисциплина «Финансовая математика» 11-02.doc