ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z PODSTAW ELEKTRONIKI

Transkrypt

1 PIOT MADEJ ĆWICZENIA LABOATOYJNE Z PODSTAW ELEKTONIKI WESJA POPAWIONA, WZESIEŃ 07 Mm Studentm, szczególne z przełmu weów Ofcyna Wydawncza Pltechn Wrcławsej Perwsza wersja: Wrcław 04

2 PIOT MADEJ ecenzent Janusz Ocepa Opracwane grafczne redacyjne Ptr Madej Wydan na pdstawe dstarcznych materałów Wszele prawa zastrzeżne. Żadna część nnejszej sąż, zarówn w całśc, ja we fragmentach, ne mże być reprduwana w spsób eletrnczny, ftgrafczny nny bez zgdy wydawcy właśccela praw autrsch. Cpyrght by Ofcyna Wydawncza Pltechn Wrcławsej, Wrcław 04 OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI WOCŁAWSKIEJ wyb. Stansława Wyspańseg 7, Wrcław e-mal: fcwyd@pwr.edu.pl ISBN

3 ĆWICZENIA LABOATOYJNE Z PODSTAW ELEKTONIKI SŁOWO OD ATOA Opracwane jest przeznaczne przede wszystm dla studentów Wydzału Eletryczneg Pltechn Wrcławsej, erunów Autmatya btya raz Eletrtechna. Zawera nstrucje d ćwczeń labratryjnych z przedmtu Pdstawy Eletrn, prwadzneg w Katedrze Maszyn, Napędów Pmarów Eletrycznych. Pza zestawam zadań d wynana w trace zajęć wraz z uwagam dtyczącym dumentwana pracy, Czyteln znajdze tutaj dsyć bgate wprwadzena teretyczne, tóre mgą być taże pmcne d panwana materału wymaganeg d zalczena wyładu z teg przedmtu. Pdstawy Eletrn są teraz na wczesnych semestrach studów dlateg prgramy ćwczeń są szczegółw rzpsane raz d węszśc badań zaprpnwan przyłady tabel na wyn, przede wszystm w pczątwych tematach. Zasadncza część pracwana t trzynaśce rzdzałów 3, d pszczególnych tematów ćwczenwych. Ddatw psan zestawy aparatury, maet elementów na ażdym stanwsu labratryjnym (rzdz. 4) raz rdzaje badań mżlwych d wynana na nch. W Ddatu rzdz. 5 zameszczn syntetyczne pracwana netórych zagadneń, pszerzające wedzę Czytelna ułatwające przyswjene materału. Studentm, tórzy będą mel prblemy z blczenam, Autr pleca swje nne pracwane [4], pdane w spse lteratury rzdz. 6. Materał zawarty w pracwanu mże taże psłużyć studentm nnych wydzałów erunów, tórzy mają wyład labratrum z przedmtów typu Pdstawy Eletrn, łady Eletrnczne, Elementy łady Eletrnczne, Eletrtechna Eletrna, tp. Prwadzący tae zajęca mgą adptwać część ćwczeń, raz plecć wynane tyl częśc ch prgramu. Autr życzy Czytelnm pratycznych sucesów w tej nełatwej dzedzne, raz prs zgłaszane na adres: ptr.madej@pwr.edu.pl wszelch uwag pracwanu, w tym błędów ustere. PIOT MADEJ 3

4

5 ĆWICZENIA LABOATOYJNE Z PODSTAW ELEKTONIKI SPIS OZDZIAŁÓW SPIS OZDZIAŁÓW...5. BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW...7. DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC GENEATO FALI SINSOIDALNEJ GENEATOY FALI POSTOKĄTNEJ, TÓJKĄTNEJ FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE PZEZTNIKI BISTABILNE I KŁADY SEKWENCYJNE WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH DODATEK LITEATA

6

7 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW. BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW Cel: Pznane właścwśc zasad stswana aparatury pmarwej w labratrum. Badana przejścwych charaterysty bernych czwórnów C przy prądze stałym (DC) prądze przemennym (AC). Ops ch właścwśc ja lnwych przetwrnów sygnałów. Zaps zesplny sygnałów transmtancj... WSTĘP TEOETYCZNY Najprstszym przyładem lnweg przetwrna sygnału mże być rezystr, prsty element dwuzacswy, czyl dwójn. Przetwarza n zgdne z prawem Ohma przepływający prąd na spade napęca. Przetwrzna zstała welść, a ne wartść. Mżna w tym przypadu wynać taże przetwrzene dwrtne; przyłżne d rezystra napęce zstaje przetwrzne na prąd płynący przez neg. Przy tych przetwrzenach współczynnem prprcjnalnśc przetwarzana jest ndutancja lub rezystancja rezystra. Ogólne dla lnweg przetwrna przy sygnałach snusdalnych pwnna zachdzć relacja: B A (.) B 0 gdze A wartść zesplna welśc wejścwej, pbudzene przetwrna, B wartść zesplna welśc wyjścwej, reacja, p przetwrzenu, wartść zesplna współczynna przetwarzana czyl transmtancja przetwrna, B 0 wartść pczątwa welśc wyjścwej, błąd zera. ys... ezystancyjny dzeln napęca ja berny przetwrn wartśc, ze źródłem sygnału wejścweg bcążenem wyjśca Stswane w eletrnce przetwrn sygnału zawerają z reguły węcej nż jeden element są przynajmnej czwórnam; mają p parze zacsów wejścwych wyjścwych. Przyładem czwórna, przetwrna wartśc, tóry ma rzdzelne dzlwane pary zacsów wyjścwych d wejścwych jest transfrmatr. Najczęścej jedna jeden zacs wejścwy przetwrna jest płączny z jednym wyjścwym jest t tzw. masa punt dnesena dla sygnałów, np. zerwym ptencjale dla napęć, znaczny symblem, ja na rys... Berne czwórn, tórych badane jest tematem ćwczena, w przecweństwe d atywnych czwórnów ne mgą zwęszyć energ sygnału. Jeśl ne zawerają elementów grmadzących energę (ndensatr, cewa), znacza t taże nemżnść zwęszena mcy sygnału, a przetwrn wartśc (tae same welśc na wejścu wyjścu, np. napęce), zawerające tyl rezystry ne zwęszą wartśc sygnału. Pazany na rys.. 7

8 PIOT MADEJ dzeln napęca jest jednym z najprstszych, bernych czwórnów przetwarzających wartść sygnałów napęcwych. Już sama nazwa sugeruje zmnejszane wartśc. Pneważ pazany na rys.. schemat zawera wyłączne rzeczywste elementy, ne ma ptrzeby zapsywać zesplnej zależnśc. Efetywna transmtancja napęcwa uef wąże efet napęce wyjścwe z pbudzenem słą eletrmtryczną generatra (symbl znacza równległe płączene): L L uef Eg Eg (.) S L g L gdze S sła eletrmtryczna zastępczeg źródła na wyjścwych zacsach, zgdne z twerdzenem Thevenna, wewnętrzna rezystancja zastępczeg źródła, wyjścwa rezystancja dzelna z przyłącznym źródłem sygnału, przy czym S Eg g, (.3) g a wejścwa rezystancja dzelna, wdzana przez źródł sygnału ja bcążene L. (.4) Taa zależnść wyjścwej rezystancj czwórna d rezystancj źródła sygnału g raz wejścwej rezystancj czwórna d rezystancj bcążena L znacza, że ne jest n unlateralny (jednerunwy), sygnał mże przepływać zarówn d wejśca d wyjśca, ja w przecwną strnę. Zależnść (.) uwzględna zarówn rezystr L bcążający wyjśca czwórna ja wewnętrzną rezystancję źródła sygnału g dlateg transmtancja napęcwa u ma ddatwy ndes ef (efetywna). Gdy zdefnuje sę ją ja stsune tyl / a jeszcze ddatw przy brau bcążena, c w przypadu sygnału napęcweg znacza I = 0 A, t w sume będą trzy dmany taej transmtancj: uef L, (.5) E g g, L dwlne L g u L, (.6) L dwlne L u0 L (.7) ja wdać, gólne praw uef u u0. (.8) Pdbne mżna psać dzałane dzelna prądu z rys..: I g ef I I (.9) g g I S L g L 8

9 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW gdze I S prąd zastępczeg źródła na zacsach wyjścwych, zgdne z twerdzenem Nrtna, wewnętrzna rezystancja zastępczeg źródła, wyjścwa rezystancja dzelna z przyłącznym źródłem sygnału, przy czym (.0) g I S I g, g a wejścwa rezystancja dzelna prądu, wdzana przez źródł sygnału ja bcążene L. (.) g ys... ezystancyjny dzeln prądu ja berny przetwrn wartśc, ze źródłem sygnału wejścweg bcążenem wyjśca Ten czwórn taże ne jest unlateralny, czym śwadczą zależnśc (.0) (.), w tórych są wyraźne wdczne wpływy g źródła na uładu raz L bcążena na uładu. Trzy dmany jeg transmtancj t: ef I g, (.) I g, dwlne g L g L I, (.3) I L dwlne L 0 I I L 0 (.4) taże jest spełnne ef 0. (.5) Dzałane bu czwórnów, tj. spsób przetwarzana sygnału mżna psać grafczne za pmcą przejścwych charaterysty np. w pstac zależnśc chwlwych wartśc u = f(u ) raz częsttlwścwych charaterysty, z pdzałem na charaterysty mdułu fazy, np. f f f f. Charaterysty u 0 u0 częsttlwścwe zwyle wyreśla sę ja wyresy lgarytmczne, czyl d mdułu transmtancj stsuje sę marę lgarytmczną, a zmenna nezależna częsttlwść ma w bu pdzałę lgarytmczną. Transmtancję napęcwą lub prądwą w merze lgarytmcznej, w [db] blcza sę z zależnśc: udb 0 lg uv/v. (.6) 9

10 PIOT MADEJ Jeżel czwórn zawera lnwe elementy berne współpracuje z lnwym źródłem lnwym bcążenem, t jeg dzałane jest lnwe charaterystya przejścwa jest dcnem prstej (rys..3). Charaterysty częsttlwścwe tach czwórnów ja na rys... są taże dcnam prstych. Natmast nretne przyłady nnych charaterysty częsttlwścwych pdan przy mawanych w dalszej częśc czwórnach dln- górnprzepustwych. ys..3. Przyłady charaterysty rezystancyjneg dzelna napęca z rys..: a) charaterystya przejścwa (wartśc chwlwe), b) charaterysty częsttlwścwe mdułu argumentu Transmtancja berneg czwórna mże zależeć d częsttlwśc, jeżel elementy uładów z rys... będą mpedancjam. Przyład pazan na rys..4. ys..4. Impedancyjny dzeln napęca ze źródłem sygnału wejścweg bcążenem wyjśca Zesplna efetywna transmtancja czwórna z rys..4 ma pstać: uef Z L Z, (.7) E Z Z Z Z g Z, Z dwlne g L L g tóra ne jest prsta d analzy. Pnżej psłużn sę prstszą wersją zesplnej transmtancj, tórą łatwej rzpsać na sładwe algebraczne lub wyładncze (mduł argument), a tórą mżna wyznaczyć pmarw za pmcą aparatury spełnającej z wystarczającą dładnścą warune brau bcążana wyjśca: u0 Z L Z Z Z Z jx jx X (.8) e j jm e, u0 u0 u0 0

11 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW u 0 X X X X, arctg arctg, (.9) X X cs, m sn. e u0 u0 u0 u 0 (.0) Najprstszym czwórnam transmtancj zależnej d częsttlwśc są dwuelementwe ułady C: górnprzepustwy dlnprzepustwy. Mgą ne być sładnam węszych uładów, celw zastswanym, np. uład górnprzepustwy d elmnacj wpływu puntów pracy (separacja stałprądwa) asadw płącznych stpn wzmacnaczy tranzystrwych. ład dlnprzepustwy jest częst nepżądanym sładnem przetwrnów sygnałów; pratyczne ażdy element węzeł uładu ma jaąś pjemnść d pzstałych elementów a przede wszystm d masy uładu. Autr prpnuje przeanalzwane tych dwóch elementarnych uładów w warunach zblżnych d dealnych tj. ja zesplnych dzelnów napęca przy pmnęcu mpedancj źródła sygnału bcążena wyjśca. ład z rys..5 ma przy Z g = 0 Z L transmtancję zapsaną w zal. (.). Wprwadzne d zależnśc parametry charaterystyczne teg uładu t jeg stała czaswa = C jej dwrtnść, dlna granczna, charaterystyczna pulsacja d = f d = /, przy tórej mduł transmtancj ma / wartśc masymalnej (tj. 70,7%, rys..6), czyl w merze lgarytmcznej jest mnejszy ł 3 db. Jedncześne przy tej pulsacj przesunęce fazwe wyns Przy analze tach uładów, transmtancj zależnej d częsttlwśc, stsuje sę lne łamane na wyresach, aprsymujące rzeczywste charaterysty uładu, c pazan lnam przerywanym na rys..6. Nachylene charaterysty mdułu dla pulsacj mnejszych d dlnej grancznej d jest + 0 db/de, tj. mduł transmtancj rśne dzesęcrtne przy dzesęcrtnym wzrśce częsttlwśc. Zmana nachylena charaterysty aprsymacyjnej mdułu następuje przy pulsacj d w tym punce jest najwęsza różnca 3 db mędzy ną a rzeczywstą charaterystyą uładu. Z le aprsymacyjna charaterystya argumentu zmena nachylene przy pulsacjach 0 razy mnejszej 0 razy węszej d dlnej grancznej d, masymalna różnca w tych puntach w stsunu d rzeczywstej charaterysty wyns 5,7, a nachylene charaterysty przy pulsacj d wyns 45/de. ys..5. ład górnprzepustwy, przypade gólny z mpedancjam źródła sygnału bcążena u0 jx C j C d d j j 0,5 e d jarctg. (.)

12 PIOT MADEJ +0dB/de ys..6. Częsttlwścwe charaterysty mdułu argumentu (przesunęca fazweg) uładu górnprzepustweg, nebcążneg ładem przecwnym dzałanu d pprzedneg jest uład dlnprzepustwy; rys..7.8 raz zal. (.) przy Z g = 0 Z L. ys..7. ład dlnprzepustwy, przypade gólny z mpedancjam źródła sygnału bcążena 0dB/de ys..8. Częsttlwścwe charaterysty mdułu argumentu uładu dlnprzepustweg, nebcążneg

13 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW 3. e j j j j j j -arctg j 0,5 0 g g g C C C u C X X X (.) Parametr g =f g = / = /C t górna granczna pulsacja uładu. Pwyżej nej (rys..8) charaterystya mdułu transmtancj pada, z nachylenem 0 db/de. Przy pulsacj charaterystycznej g argument transmtancj ma w tym uładze 45, a nachylene tej charaterysty w tczenu g wyns 45/de, ta ja w uładze górnprzepustwym. Analzę dla przypadów gdy są reślne, sńczne rezystancje źródła g bcążena L w bu uładach pzstawn Czytelnw, w charaterze ćwczena. Trzecm przyładem prsteg uładu transmtancj zależnej d częsttlwśc jest pazany na rys..9 czwórn Wena, sładający sę z dwóch gałęz z elementam C; wejścwej z szeregwym ch płączenem wyjścwej z równległym płączenem. Jest t jaby płączene uładu górnprzepustweg C dlnprzepustweg C. Stałe czaswe bu gałęz pwnny być sbe równe: = = C = = C. W przypadu dealneg źródła sygnału brau bcążena wyjśca transmtancja uładu jest psana zal. (.3) a jej braz grafczny pazan na rys..0. ys..9. ład śrdwprzepustwy, tzw. czwórn Wena, przypade gólny z mpedancjam źródła sygnału bcążena. e j j j j j -arctg j, u C C C (.3) Kształt zależnśc częsttlwścwej charaterysty mdułu transmtancj (rys..0) jest nazywany quas reznanswym, ze szczytem przy pulsacj charaterystycznej = / nachylenam zbczy 0 db/de, przy czym zadwalająca jaść werzchła będze gdy. Jeżel stałe czaswe gałęz nec sę różną, pulsację należy blczyć z wypadwej

14 PIOT MADEJ, (.4) C C czyl średnej gemetrycznej stałych czaswych. Masmum mdułu przy tej pulsacj będze mał wartść rzeczywstą, b = 0 : u0 ma u0 (.5) dla tzw. czwórna symetryczneg, = będze t /3, tj. 9,54 db. 0dB/de 0dB/de ys..0. Częsttlwścwe charaterysty mdułu przesunęca fazweg symetryczneg czwórna Wena tj. =, nebcążneg Przy pulsacj argument równa sę 0, a nachylene jeg charaterysty dla czwórna symetryczneg = w tczenu tej pulsacj wyns dwa razy węcej nż dla pprzednch uładów: 90 db/de. Najwęszy błąd aprsymacyjnych charaterysty argumentu taeg czwórna, przy pulsacjach równych 0, 0 wyns dsyć duż, 6,9, ł trzy razy węcej nż w pprzednch uładach... PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntu..3 rzutuje na cenę całej grupy. A) Zapznaj sę z właścwścam aparatury pmarwej, stswanej w ćwczenu (multmetry, generatr, scylsp) patrz zdjęca tabele w rzdzale 4. B) Oblcz transmtancje masymalne w [V/V] [db], mpedancje wejścwe wyjścwe dla badanych w ćwczenu uładów, tórych wyaz z wartścam elementów dla Twjej grupy znajdzesz w tab... Przyjmj, że warun pracy uładu są dealne, tj. wyjśce uładu ne jest bcążne a generatr sygnału ma zerwą mpedancję. C) W przypadu uładu zależnej częsttlwścw transmtancj blcz pulsację częsttlwść charaterystyczną, blcz mduł w [V/V] [db] raz argument w [] transmtancj przy pulsacjach równych charaterystycznej uładu, 0 razy mnejszej 0 razy węszej d nej. Przelcz blczne wartśc transmtancj na sładwe algebraczne: część rzeczywstą urjną. waga. Stswane w ćwczenu elementy berne mają reślną przez prducenta tzw. tlerancję wartśc, tj. masymalną dpuszczalną względną symetryczną dchyłę 4

15 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW rzeczywstej wartśc d znamnwej, tóra jest przypsana d elementu. ezystry w labratrum mgą meć tlerancję 5 % lub 0 % a ndensatry 0 % lub 0 %. W zwązu z tym szacwane teretyczne parametry uładu należy tratwać też ja znamnwe, a dchyła rzeczywstej ch wartśc zależy d tlerancj elementów zależnśc, z jaej blcza sę dany parametr, np. transmtancję. Przy prównanu wynów badań z wynam analzy teretycznej sprzed zajęć pamętaj tych tlerancjach. Mgą ne dać znaczne węsze różnce nż nepewnśc wprwadzane przez przyrządy pmarwe..3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Badana wynasz na maece wzmacnaczy welstpnwych (rzdzał 4..); wyrzystasz tyl gnazda na elementy berne płączena mędzy nm, rys..3. Tab... Wartśc elementów d uładów badanych w ćwczenu ład Element Numer grupy ezystancyjny dzeln [] 6,8 0 3,9,7 8, napęca z rys.. [],7 0,8 0,33,0 0,68, Śrdwprzepustwy z rys..9 [] 6,8 8,7 4,7 5,6 C [nf] [],,8,7 4,7,,8 C [nf] Badana rezystancyjneg dzelna napęca A) Badane charaterysty przejścwej. Płącz uład z rys.. według rys..3 z elementam zgdne z tab... Dłącz aparaturę d badana stałym napęcem (DC), zgdne z rys... ys... ład pmarwy d badana rezystancyjneg dzelna przy stałym napęcu (DC) Tab... Przyład tabel d zapsu wynów badana charaterysty przejścwej dzelna Punt.3.A. Badane charaterysty przejścwej nebcążneg ( d = 0 L ) dzelna napęcweg przy DC. Przyrządy V:, V:. znam [V] [V] 0 (zwra) [V] znam [V] [V] [V] Transmtancja blczna ze zbadanej charaterysty: u0 = V/V. wag: 5

16 PIOT MADEJ Zbadaj charaterystyę = f( ) uładu z d = 0 L, w zarese d 0 V d + 0 V, c V. Wyn wpsuj d tabel, np. taej ja tab... W sprawzdanu m.n. wyreśl tę charaterystyę, blcz średną wartść współczynna przetwarzana transmtancj, prównaj z teretyczną. B) Pmar pśredn rezystancj wyjścwej. staw na wejścu dzelna nebcążneg wartść sygnału rzędu lu wltów. Odczytaj wartść napęca wyjścweg zapsz d tab..3. Tab..3. Przyład tabel d zapsu wynów badana rezystancj wyjścwej wejścwej dzelna Punt.3.B C. Pśredn pmar rezystancj wyjścwej wejścwej dzelna napęcweg przy DC. Przyrządy V:. mmerz: L [] *) d [] *) [V] = = 3 = 4 = wag *) wartśc zmerzne, bez nepewnśc tlerancj. Oblczne rezystancje uładu ze zmerznych w tabel wartśc napęć: =, = Następne ne zmenaj sygnału wejścweg, włącz ja bcążene uładu rezystr L =,7 pwtórne dczytaj wartść napęca wyjścweg, zapsz d tab..3. Z zależnśc na transmtancję dzelna nebcążneg bcążneg wyprwadź zależnść d blczena wyjścwej rezystancj dzelna ze zmerznych napęć wyjścwych zastswanej rezystancj bcążena L ; pamętaj, że był stałe. C) Pmar pśredn rezystancj wejścwej. Pzstaw na wejścu sygnał z pprzedneg puntu, dłącz bcążene L, dczytaj zapsz d tab..3 napęce wyjścwe uładu bez bcążena 3. Ne zmenaj wejścweg sygnału, dłącz szeregw z wejścem rezystr d =,7 (według rys..), dczytaj zapsz d tab..3 napęce wyjścwe uładu 4. Zmerz wartść użyteg rezystra L = d wpsz d tab..3; wyrzystasz ją d blczeń. Z zależnśc na transmtancję dzelna nebcążneg, z dealnym źródłem sygnału z rzeczywstym źródłem sygnału g = d > 0 wyprwadź zależnść d blczena wejścwej rezystancj nebcążneg dzelna ze zmerznych napęć wyjścwych 3 4 zastswanej rezystancj na wejścu d = g ; pamętaj, że E g był stałe..3.. Badana uładu śrdwprzepustweg A) Wyznaczene częsttlwśc śrdwej badane charaterysty przejścwej. Płącz uład z rys..9 według rys..3 z elementam zgdne z tab... Dłącz przyrządy pmarwe zgdne z rys... staw wartść suteczną sygnału snusdalneg z generatra ł lu wltów. Wyznacz dśwadczalne częsttlwść śrdwą uładu f według ryterum fazy = 0 ; scylsp w trybe XY, na erane dcne prstej. Zbadaj przy tej częsttlwśc charaterystyę przejścwą = f( ) uładu nebcążneg, przy sygnale AC snusdalnym, za pmcą wltmerza np. 6

17 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW w zarese wartśc sutecznej = (0 5)V c V. Wyn zapsz w tabel, np. taej ja tab..4. ys... Badane czwórna sygnałem przemennym, snusdalnym z przyładem wyznaczana zmany przesunęca fazweg z dczytów z scylspu w trybe XY Tab..4. Przyład tabel d zapsu wynów badana charaterysty przejścwej uładu seletywneg Punt.3.A. Badane charaterysty przejścwej uładu śrdwprzepustweg sygnałem snusdalnym f = f = Hz. Przyrządy V:, V:. znam [V] [V] 0 (zwra) wag: [V] Transmtancja blczna ze zbadanej charaterysty: u0 = V/V. W sprawzdanu m.n. wyreśl tę charaterystyę, blcz średną wartść transmtancj napęcwej współczynna przetwarzana, prównaj z blczenam wynanym przed zajęcam. Czy mżlwe jest zbadane rezystancj wejścwej wyjścwej uładu w ta sam spsób, ja pprzedneg? Wsazówa: przyjrzyj sę rys..9 zależnścm (.3) (.4), sfrmułuj wns zameść je w sprawzdanu! B) Badane charaterysty częsttlwścwej. Przy stałej wartśc napęca sygnału przemenneg z generatra, rzędu lu wltów zbadasz charaterysty częsttlwścwe mdułu argumentu transmtancj w uładze z rys... Odczytasz z wltmerza wartśc napęć na wejścu wyjścu uładu raz z eranu scylspu w trybe XY wymary elpsy (b B). Prpnwane punty charaterysty (znamnwe wartśc częsttlwśc), ja rtnśc wyznacznej dśwadczalne częsttlwśc śrdwej: f /f = /0, /4, /, /3, 4/5,, 5/4, 3/,, 4, 0. Wyn zapsuj d tabel, taej ja np. tab..5. waga: zna argumentu ąta fazweg mżna reślć z erunu ruchu plam rysującej elpsę: w praw znacza zna plus wyjśce wyprzedza wejśce, w lew zna mnus, wyjśce późna sę za wejścem. Jedna w zdecydwanej węszśc przypadów mżlwśc bserwacyjne człwea są newystarczające d wyrzystana tej zasady! Dlateg sprawdź przy włącznej lnwej pdstawe czasu w scylspe częsttlwścach f = f /0 raz f = 0f, ja zna ma przesunęce fazwe blczane z wymarów elpsy, rys..4. względnj t przy wypełnanu blczenam tab..5. Wyreśl be charaterysty, z lgarytmcznym salam częsttlwśc mdułu transmtancj raz lnwą salą argumentu transmtancj. 7

18 PIOT MADEJ Prównaj wyn badań z teretycznym blczenam sprzed zajęć raz ształty spdzewanych uzysanych charaterysty uładów. Jae zmany, Twm zdanem mżna wprwadzć d prgramu ćwczena? Tab..5. Przyład tabel d zapsu wynów badana charaterysty częsttlwścwej uładu seletywneg z rys..9 Punt.3.B. Badane zależnśc mdułu transmtancj przesunęca fazweg d częsttlwśc w uładze seletywnym. Przyrządy V: V:, Częstścmerz:, Oscylsp:. L.p f znam = f B b u0 u0. [Hz] [V] [V] [dz] [dz] [V/V] [db] [ ] f /0 f /4 3 f / 4 f /3 5 4f /5 6 f 7 5f /4 8 3f / 9 f 0 4f 0f wag: Z Z we d C wy L C masa 4 ys..3. Prpzycja płączena bu uładów na maece: d L rezystancyjny dzeln napęca, C C uład seletywny, Z zwarce zwrą lub przewdem 8

19 . BIENE KŁADY LINIOWYCH PZETWONIKÓW SYGNAŁÓW a) wej b) lnwa pdstawa X-Y czasu = 0 wyjśce w faze z wejścem wyj t X-Y wyjśce w przecwfaze d wejśca = -80 wyj wej lnwa pdstawa czasu t X-Y > 0 wej wyjśce wyj wyprzedza wejśce lnwa pdstawa czasu t X-Y wyjśce późnne, ale mnej nż przecwfaza -90 > > -80 wyj wej lnwa pdstawa czasu t X-Y < 0 wej wyjśce spóźna sę za wejścem wyj lnwa pdstawa czasu t X-Y wyjśce późnne bardzej d przecwfazy -80 > > -70 wyj wej lnwa pdstawa czasu t ys..4. Spsób reślena zaresu ąta przesunęca fazweg a stąd znau jeg zmany z brazów sygnałów wejścweg wyjścweg na erane scylspu przy lnwej pdstawe czasu: a) gdy przy częsttlwśc dnesena (np. w śrdu pasma uładu, rys. na górze) ne ma przesunęca fazweg, b) gdy przy częsttlwśc dnesena sygnały są w przecwfaze; zwróć uwagę, że ształt elpsy w trybe XY ne jest zależny d znau zmany ąta 9

20

21 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA. DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA Cel: Pratyczne pznane uładów d badana statycznych charaterysty dd półprzewdnwych, dcnów (zaresów): przewdzena, zatana, przebca. Przyswjene ształtu charaterysty ch matematyczneg psu. Pznane badane najprstszych uładów wyrzystujących właścwśc dd. Ćwczene ma bgaty prgram, szczególne w częśc teretycznej analtycznej, dlateg Autr pleca rzdzelene przygtwana sprawzdana na częśc, wynywane ddzelne przez pszczególne sby w grupe... WSTĘP TEOETYCZNY... INFOMACJE OGÓLNE, CHAAKTEYSTYKI APOKSYMJĄCE Dda jest najprstszym dwuńcówwym przyrządem półprzewdnwym, nesymetrycznej charaterystyce napęcw-prądwej, czyl zależnej d erunu przyłżena napęca d ddy lub erunu przepływu prądu przez ną. Charaterystya ta jest pnadt nelnwa. Ne jest t przypade czy wada ddy. Celw ta ją snstruwan, stsując złącze p-n dwóch bszarów półprzewdna różnym type przewdnctwa lub złącze m-s (metal-półprzewdn), aby wyrzystać w uładach jej asymetrę. Ddy stsuje sę w welu uładach: prstwnach, detetrach, mdulatrach, stablzatrach parametrycznych, bwdach reznanswych strjnych napęcw, grancznach, bwdach zabezpeczających, przetwrnach lgarytmcznych wyładnczych, mnżnach, sygnalzatrach detetrach ptycznych, td. W charaterystyce ddy (rys..) mżna wyróżnć trzy zaresy: zares przewdzena (a na rys..) przy plaryzacj ddatnej, zwanej plaryzacją w erunu przewdzena; napęce F = D plusem d andy, ddatn prąd I F = I D płyne przez ddę d andy d atdy, rsnąc szyb pratyczne wyładncz ze wzrstem napęca, zares zatana (b na rys..) przy plaryzacj ujemnej, zwanej plaryzacją wsteczną, napęce D = mnusem d andy, bardz mały ujemny prąd I D = I płyne przez ddę d atdy d andy, newele rsnąc z napęcem, zares przebca (c na rys..), taże przy plaryzacj wstecznej, prąd I rśne lawnw p przerczenu przez napęce prgu przebca B. Krzywa na rys.. jest przyładem charaterysty unwersalnej ddy rzemwej, tóra mże pracwać np. ja prstwncza lub mpulswa; zwróć uwagę na różne sale dla ddatneg ujemneg napęca D prądu I D. Gruba cągła lna t charaterystya sameg złącza półprzewdnweg, tóre jest wewnątrz ddy. Grube przerywane lne pazują wpływ na właścwśc ddy rezystancj: szeregwej S wprwadznej przez sumę rezystancj bszaru półprzewdna d złącza d ntatów, ntatów wyprwadzeń, równległej upływu l wprwadznej przez bszar pwerzchnwy złącza prawę ddy.

22 PIOT MADEJ ys... Oznaczene ddy, defncje welśc w bwdze z ną raz jej charaterystya napęcwprądwa. Pdan przyładwe wartśc dla rzemwej ddy unwersalnej. Pazan wpływ zmany temperatury złącza T j raz rezystancj szeregwej S rezystancj upływu l na ształt charaterysty ys... Pwęszny wycne charaterysty z rys.. wół pczątu uładu współrzędnych, sale na półsach ujemnej ddatnej są jednawe Wzrst temperatury złącza ddy T j w [K] lub j w [ C], w bu przypadach przyrst wyrażny w [deg], spwdwany wzrstem temperatury tczena T a (lub a ) alb mcy tracnej w ddze P D, sutuje (cene przerywane lne na rys..): malenem spadu napęca przewdzena F na ddze przy stałym prądze przewdzena I F, czyl F ma ujemny współczynn temperaturwy, rzędu mv/deg, wzrstem prądu wsteczneg I przy stałym napęcu wstecznym, zmana ł dwurtna przy T j = + 0 deg,

23 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA wzrstem napęca przebca, jeżel przebce jest typu lawnweg, ja w przyładze, gólne ten typ przebca występuje, gdy B 7 V, lub malenem napęca przebca, jeżel przebce jest typu Zenera, w bardz slne dmeszwanych złączach, B 5 V. Zwąze prądu złącza I j z napęcem na nm j (gruba cągła lna na rys..) psuje zależnść wyładncza, zwana równanem Shcleya. Perwtna wersja, zaprpnwana przez Shcleya I j j IS ep, (.) T musała być zmdyfwana, aby dbrze psywać przebeg charaterysty współczesnych dd. Przede wszystm wprwadzn tzw. emsyjnść złącza M, współczynn, przez tóry jest mnżny ptencjał eletrtermczny T raz szeregwą rezystancję ddy S sttną przy dużych prądach przewdzena rezystancję upływu l sttną w stane zatana I D D I DS IS ep M T l D. (.) Oznaczena welśc w zależnścach (.) (.): j, I j napęce na złączu prąd przez neg płynący, D, I D napęce na ddze prąd przez ną płynący, I S wsteczny prąd nasycena złącza, bardz mały, rzędu fa A, S, l rezystancje ddy; szeregwa statyczna upływu, bcznująca, T tzw. ptencjał eletrtermczny, = T/q, T = 5,9 mv dla T = 300 K, T = 5,9 mvt/300 K, stała Bltzmanna =,380 3 J/K = 8,60 5 ev/k, q ładune elementarny = e =,600 9 C, M emsyjnść złącza (współczynn recyjny) = a nawet 4, zależny d technlg zaresu prądu. Przy pse charaterysty ddy splaryzwanej w erunu przewdzena nezbyt dużym prądze, np. d /0 grancznej średnej wartśc I F(AV)M mżna zależnść (.) uprścć d pstac I D I S D D ep I D I S ep. (.3) D la MT MT MT Z le w zarese zatana, przy napęcu wstecznym pwyżej ł V zależnść przestaje być wyładnczą a staje sę pratyczne lnwą (napęce D prąd I D ujemne!) I D D I S. (.4) l Inny prstszy, nżyners ps charaterysty ddy pera sę na dcnach prstej, dzę czemu ma n prste dwzrwane za pmcą schematu zastępczeg. Dwe jeg wersje, różnące sę uwzględnenem rezystancj ddy r D w zarese 3

24 PIOT MADEJ przewdzena pazan na rys..3. Puntem styu dcnów aprsymujących rzeczywstą charaterystyę jest umwne napęce prgwe załączena TO, prównaj z rys... Pneważ rzeczywsta charaterystya przewdzącej ddy ma w ażdym punce nne nachylene, mdel z rys..3b jest dpwedn dla nretneg puntu pracy ddy, reślnej wartśc prądu przewdzena. ys..3. Schematy zastępcze dpwadające m uprszczne charaterysty ddy, D dda dealna, przewdząca już d bardz małych ddatnch napęć, TO umwne napęce załączena ddy, S dda rzemwa, Ge dda germanwa Zastępcza rezystancja r D jest sumą rezystancj dynamcznej r d złącza przy reślnym jeg prądze I F raz wspmnanej już szeregwej rezystancj S ddy r D r, (.5) d S a rezystancję r d wyznacza sę z pchdnej zależnśc (.3) r d g d I D D MT. (.6) I Lna prsta aprsymująca przewdzene ddy na rys..3b ma równane F I F F TO, (.7) r D w przyjaźnejszej frme r I, (.8) F D tóreg współczynn r D TO łatw wyznaczyć z dwóch zmerznych puntów charaterysty. Ddy Zenera wyrzystuje sę d stablzacj napęca. Pracują ne w zarese przebca (rys..4) znamnwa wartść napęca przebca Zn przy reślnym prądze wstecznym jest ch pdstawwym parametrem, pdawanym z reślną tlerancją, np. V 5 % przy 5 ma. Pprawnejsza nazwa tych dd t stablstry, bwem tyl w newelej ch grupe, napęcu przebca pnżej ł 5 V występuje czyste zjaws Zenera! Prąd taej ddy przy pracy w zarese przebca mus być granczny d wartśc wynającej z grancznej wartśc mcy ddy P DM przy temperaturze tczena a 5 C. Jeżel temperatura tczena jest wyższa, należy zmnejszyć dpuszczalną mc d P Dm, zgdne z zależnścą F TO 4

25 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA I Z ma P Dm Zn P DM Zn j ma j ma 5 ama C j ma Zn a ma th ja, (.9) gdze: I Zma granczny bezpeczny prąd wsteczny w zarese przebca przy reślnej masymalnej temperaturze tczena ama, P DM granczna mc ddy w temperaturze tczena ama 5 C, P Dm granczna mc ddy w temperaturze tczena ama > 5 C, Zn znamnwa wartść napęca przebca, pdana przez prducenta, jma granczna temperatura złącza ddy, zależna d typu ddy, np. dla rzemwej rzędu (50 00) C, th j-a rezystancja termczna, mara przeszód w dprwadzanu cepła z ddy, mędzy złączem ddy a tczenem, w [deg/w]. A F K I F [A] 80m Z = B [V] 4 przebce stablzacja Z IZ I F 0 8 lan nachylene /r Z I 6 zatane I Zmn =I ZM /0 4 60m 40m 0m przewdzene 0,3 0,6 F 0,9 [V] 0m 0m 30m 40m I Zma 50m I ZM [A] P DM : P Dm ( a ) : a d 5 C a > 5 C I ys..4. Oznaczene, charaterystya parametry rzemwej ddy stablzacyjnej Zenera Natmast mnmalny prąd, przy tórym mżna uznać, że dda już stablzuje, na lew d lana charaterysty wstecznej z rys..4 t dzesęć prcent granczneg prądu wyznaczneg z mcy P DM : I Z mn I ZM PDM. (.0) 0 0 Zn Jest t warune dsyć stry w przypadu dd napęcach przebca (6 ) V, tóre już dbrze stablzują przy prądze rzędu sete mramperów, ale jest plecany d stswana w pratyce ja gólny dla wszystch dd stablzacyjnych. Właścwśc ddy Zenera w zarese przebca stablzacj mżna zamdelwać pdbne ja w zarese przewdzena (rys..5), twrząc prsty bwód zastępczy, tóreg charaterystya w pstac dcnów prstej aprsymuje rzeczywstą charaterystyę. Najbardzej uprszczny ta mdel z rys..5a zawera dla plaryzacj wstecznej ddę dealną D, źródł umwneg prgweg napęca przebca 5

26 PIOT MADEJ Z rezystr r Z dpwadający średnej dynamcznej rezystancj tej gałęz charaterysty: r Z g Z r Z g Z I Z Z. (.) Ta rezystancja, pdbne ja rezystancja w zarese przewdzena zależy d prądu, ale ne aż ta slne, ja w zależnśc (.6). Mżna zatem dla węszeg zaresu wartśc prądu, a nawet pratyczne dla całeg zaresu stablzacj przyjąć jedną jej wartść. Ops dcna charaterysty w zarese przebca, przy pmnęcu prądu upływu wywłaneg przez l, w frme przyjaznej d analzy ma pstać: Z r I, (.) Z Z Z gdze Z I Z t wsteczne napęce prąd w zarese stablzacj. a) A D T0 D K I D [A] T0 = 0,6 V (S) rd = 0 b) A D l T0 D K I D [A] T0 = 0,6 V (S) rd = 0 Z r Z Z rz Z D Z D [V] T0 lan nachylene /l [V] T0 nachylene nachylene /rz /rz ys..5. Schematy zastępcze dpwadające m uprszczne charaterysty ddy Zenera, D dda dealna, przewdząca już d małych ddatnch napęć, TO umwne napęce załączena ddy, Z napęce prgwe przebca, r Z dynamczna rezystancja ddy w zarese przebca... STABILIZATO PAAMETYCZNY NAPIĘCIA NA DIODZIE ZENEA Najprstszy ze stablzatrów stałeg napęca zawera tyl dwa elementy, ddę Zenera rezystr (rys..6). Jest bernym, nelnwym czwórnem napęcu zaslana tratwanym ja sygnał wejścwy. Zasada jeg dzałana pera sę na wyrzystanu ształtu charaterysty ddy Zenera w zarese przebca, gdze newelm zmanm napęca na ddze twarzyszą znaczne węsze zmany prądu. ys..6. Stablzatr parametryczny napęca stałeg na ddze Zenera (D, ) ze źródłem zaslającym rezystrem bcążena L 6

27 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA Zmany napęca zaslana prądu bcążena uładu muszą być przejęte przez zmany prądu płynąceg przez ddę, a te wpływają na zmanę napęca wyjścweg pprzez dynamczną rezystancję ddy r Z : I I, (.3) I I L L L L, (.4) I Z I I I I I, (.5) Z I r, (.6) Z Z Z gdze t zmany bezwzględne a t względne. ezystancja wyjścwa jest w pratyce równa dynamcznej rezystancj ddy r Z (pdstawaj w blczenach teretycznych, przed zajęcam wartśc znamnwe r Z = r Zn Z = Zn,) Δ Δ I r Z r Z, (.7) bezwzględny współczynn stablzacj napęcwej uładu G u w [V/V] jest pratyczne równy G u L rz rz, (.8) r L Z a względny w [%/%] S u G u rz (.9) sprawnść w [%] P I 00% 00% 00%. (.0) P I L Z Z.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntu..3 rzutuje na cenę całej grupy. A) Oblcz błędy metdy w uładach d badana charaterysty dd; są ne spwdwane pbrem mcy przez przyrządy pmarwe. W uładze z rys..7 bjawa sę t zwęszną wartścą prądu płynąceg przez ampermerz prąd wltmerza, w uładze z rys..8 zwęszną wartścą napęca merzneg przez wltmerz spade napęca na ampermerzu. W uładze pprawneg pmaru napęca (PPN) z rys..7a blcz wartść prądu I V płynąceg przez wltmerz rezystancj V = 0 M gdy napęce F jest rzędu 0,0 V, V. Oblcz jeg udzał względny (czyl błąd w %) w merznym przez ampermerz prądze I A = 0 A. 7

28 PIOT MADEJ ys..7. ład pprawneg pmaru napęca (PPN) d badana charaterysty dd: a) zaresu przewdzena, b) zaresu przebca stablzacj przy wstecznej plaryzacj ddy Zenera Pwtórz blczena dla przypadu badana charaterysty stablzacj, w zarese przebca, w uładze z rys..7b, gdy Z = 6,8 V a I A = 00 A. W uładze pprawneg pmaru prądu (PPP) z rys..8 blcz wartść spadu napęca A na ampermerzu rezystancj A = 0, V/I zares = 0 gdy prąd wsteczny ddy jest rzędu 0,50 A. Oblcz jeg udzał względny (czyl błąd w %) w merznym przez wltmerz napęcu V = 0,0 V. ys..8. ład pprawneg pmaru prądu (PPP) d badana charaterysty dd w zarese zatana B) Przygtuj, przeanalzuj prcedurę wyznaczana parametrów w mdelach psach dd, w tzw. nżynersm pse (dwudcnwym z parametram T0 r D ), w zmdyfwanym równanu Shcleya (parametry M I S ), zgdne z uwagam w punce.3.4 CZĘŚCI DOŚWIADCZALNEJ. C) Oblcz wartśc welśc w uładze stablzatra parametryczneg z rys..6: czewane współczynn stablzacj napęcwej G u S u raz rezystancję wyjścwą uładu; przyjmj d blczeń znamnwe wartśc = 00, = 5 V, L = 0,8 raz ddy Zn = 6,8 V r Zn = 8,0 prądy w uładze raz mce: ddawaną przez źródł P, tracną w ddze P D w rezystrze P, dstarczną d bcążena P przy = V L = 0,47, sprawnść uładu, w prcentach, czyl stsune mcy w bcążenu P d mcy ddanej przez źródł P w warunach pprzedneg puntu..3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA W ćwczenu zbadasz charaterysty statyczne dd raz netóre z dd zastsujesz w uładach na maece łady Zaslające w częśc Stablzatry (lewa 8

29 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA dlna część, rys. 4.3). Pdane w nawasach parametry dd t dpuszczalny uśrednny prąd przewdzena I F(AV)M dpuszczalne wsteczne napęce pracy WM : D dda unwersalna rzemwa, typ N448 (I F(AV)M = 0, A, WM = 75 V), D dda mpulswa Schtty eg, typ N589 (I F(AV)M = A, WM = 40 V), D 3 dda Zenera, pprawnej stablstr, typ BZP683-C6V8, (I F(AV)M = 0, A, Zn = 6,8 V, w zarese stablzacj P DM = 0,4W, jma = 50 C), D 4 dda śwecąca LED, lr d wybru (I F(AV)M = 30mA, WM = 5 V)..3.. Badana zaresu przewdzena dd Płącz uład pprawneg pmaru napęca (PPN) rys..7 rys... Tab... Przyład tabel d zapsu wynów badań dd w erunu przewdzena, dla ażdej ddy ddzelna Charaterysty przewdzena I F =f( F) dd. ład z rys..7a, przyrządy V:, A:. dzaj typ ddy D : unwersalna rzemwa, N448 Lp. F [V] I Fznam [ma] I F [ma] wag 0,0 0, Badaj w nm zależnść I F = f( F ) w erunu przewdzena wszystch czterech dd włącznych zgdne z rys..7a przy prądach I F = 0/00 A///0 ma. Wbrew zapsw charaterysty reguluj prąd za pmcą źródła E v rezystra v (ndes v d varable czyl zmenny, regulwany) ta jest wygdnej, ale tabele wyresy w sprawzdanu wynaj zgdne z zapsem I F = f( F ). Wyn zapsuj d tabel, np. tach ja tab... Zaznacz w tabel dla ddy LED wartść prądu I F pczątu śwecena raz wyraźneg śwecena..3.. Badana zaresu stablzacj ddy Zenera W uładze z pprzedneg puntu włącz ddę Zenera zgdne z rys..7b. Przed badanem blcz, czy ne przerczysz dpuszczalnej mcy w ddze P Dm. Ja jest zwąze mędzy mcam ddy P Dm P DM? Tab... Przyład tabel d zapsu wynów badań ddy w zarese stablzacj, erune wsteczny Charaterystya stablzacj I Z =f( Z) ddy Zenera. ład z rys..7b, przyrządy V:, A:. dzaj typ ddy D 3: stablzacyjna (Zenera), BZP683-C6V8 Lp. Z [V] I Zznam [ma] I Z [ma] wag 0,

30 PIOT MADEJ Badaj charaterystyę wsteczną ddy Zenera w zarese stablzacj (przebca) I Z = f( Z ). Ta, ja w pprzednm punce reguluj prąd, ale wartśc będą nne I Z = 0,///5/0/30/50 ma. Wyn zapsuj d tabel, np. taej ja tab Badana zaresu zatana dd Płącz uład pprawneg pmaru prądu (PPP) rys..8 rys... Zbadaj charaterystyę I = f( ) zares zatana wszystch dd przy plaryzacj wstecznej, łączne z ddą Zenera. Zaleca sę zaczęce tych badań d ddy Schtty eg. Teraz reguluj napęce: = 0,/0,5///5 V. Wyn zapsuj d tabel, np. tach ja tab..3. Tab..3. Przyład tabel d zapsu wynów badań dd w zarese zatana, dla ażdej ddy ddzelne Charaterysty zatana I =f( ) dd. ład z rys..8, przyrządy V:, A:. dzaj typ ddy D : mpulswa dda Schtty eg, N589 Lp. znam [V] 0, 0, [V] I [A] wag.3.4. wag d pracwana badań charaterysty dd w sprawzdanu W prgrame EXCEL stsuj d lustracj swch badań tyl typ wyresu XY, ze salam lnwym lub lgarytmcznym! Wyreśl charaterysty przewdzena wszystch ddy razem w salach lnwych a następne półlgarytmcznych; sala s napęcwej lnwa a s prądwej lgarytmczna. Ja jest ształt charaterysty półlgarytmcznych czym śwadczy? Wyreśl taże charaterystyę zaresu stablzacj ddy Zenera, tyl w salach lnwych, z przesunęcem pczątu sal napęcwej. Wyznacz analtyczne lub wyreślne parametry mdelu pratyczneg (psu nżynerseg) wszystch dd dla erunu przewdzena (parametry TO, r D ) w tczenu puntu prądze,5 ma raz ddy Zenera w zarese stablzacj (parametry Z, r Z ) w tczenu puntu 0 ma, Oblcz stsune rezystancj /r (statyczna = D /I D, dynamczna r = D /I D ) przewdzących dd raz ddy Zenera w zarese przebca, w tczenu puntu,5 ma. Dla dd D D 4 wyznacz parametry M, I S w mdelu równanu Shcleya z wynów w zarese przewdzena: I F = I S {ep[ F /(M6mV)]}. prść równane przez usunęce ; edy mżesz t zrbć, jeżel M dla dd unwersalnych prstwnczych M 4 dla dd LED? Przy analze przyjmj nretną wartść błędu pmnęca, np. 0,5%. Pdzel strnam uprszczne równana dla dwóch puntów, przy prądach 0, ma, prównaj 30

31 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA wyznaczny I S ze zmerznym prądam wstecznym. Druga, mnej pracchłnna dsnalsza metda, t wyrzystane równana wyładnczej ln trendu d wyresów półlgarytmcznych, utwrznych w aruszu alulacyjnym, np. EXCEL. W tym przypadu w wersj wyresu d wyznaczena równana ln trendu mussz drzucć dane leżące wyraźne pza prstą, np. dla ddy LED przy prądze I F = 0 ma Badane uładu stablzatra parametryczneg z ddą Zenera Płącz uład parametryczneg stablzatra napęca rys..9 rys..3, z ddą stablzacyjną zbadaną w pt ys..9. ład parametryczneg stablzatra napęca z bcążenem przyrządam d badana Zbadaj zależnść = f( ) dla = /3/5/7 V, przy ażdym napęcu zastsuj cztery rezystancje bcążena wyjśca uładu L = /,5/0,8/0,47. Który z wltmerzy dstępnych w labratrum zastsujesz ja V d pmaru napęca wyjścweg stablzatra? Wyn zapsuj d tabel, np. taej ja tab..4. W sprawzdanu m.n. wyreśl dwe rdzny charaterysty: = f( ) dla L = parametr raz = f(/ L ) dla = parametr, be z dpwednm przesunęcem pczątu uładu współrzędnych. Tab..4. Przyład tabel d zapsu wynów badań stablzatra z ddą Zenera Parametryczny stablzatr napęca, charaterysty = f( ) = f(/ L). ład z rys..9, przyrządy V :, V :. L / L znam [V] [] [ms] [V] 0 [V],5 0,667 [V] 0,8, [V] 0,47,3 [V] Oblcz z wynów badań współczynn stablzacj G u, S u wyjścwą rezystancję uładu w lcach śrda charaterysty. Przyjmj, że stała rezystancja bcążena L znacza w pratyce stały prąd bcążena I. Oblcz prądy mce: ze źródła, w ddze, w bcążenu raz sprawnść uładu (stsune mcy w bcążenu d mcy ddanej ze źródła) przy = V 7 V, w bu przypadach przy bcążenu L = 470. Prównaj wyn blczeń z pprzedneg pdpuntu sfrmułuj wns. 3

32 PIOT MADEJ.3.6. * Badana uładu prstwna (wynują najlepsze grupy) Płącz uład prstwna jednpłówweg z rzemwą ddą unwersalną rys..0 rys..4. Nastaw parametry snusdalnej fal z generatra: ł 5 V/500 Hz. ezystancja g t wewnętrzna, własna generatra. ys..0. ład prstwna jednpłówweg z fltrem pjemnścwym, bcążenem przyrządam d badana W trace badań zmerzysz: wartść suteczną napęca zaslająceg wejścweg AC, wartść średną (sładwą stałą) napęca wyjścweg DC, wartść suteczną sładwej zmennej, czyl tętneń na wyjścu AC. Przerysujesz z scylspu lub sftgrafujesz przebeg chwlwych wartśc napęca wyjścweg uładu, na tle napęca wejścweg. Wynaj badana uładu bez ndensatra fltrująceg (prstwane na wartść średną) raz z nm, C = 0 F (prstwane na wartść szczytwą), w bu przypadach z bcążenem wyjśca rezystancjam, lejn L = 0/,0/ 0,5/0,3. Wyn zapsuj d tabel, np. taej ja tab..5. Tab..5. Przyład tabel d zapsu wynów badań prstwna bez z fltrem pjemnścwym Charaterysty prstwna jednpłówweg DC = f(/ L) AC = f(/ L), rys..0, przyrządy V AC:, V DC:, V AC:, scyl.:. Warun Pmary Oblczena Lp. C fltr [F] L [] AC [V] DC [V] AC [V] I = DC/ L [ma] DC/ AC [] AC/ DC [%] wag , , , ,3 3

33 . DIODY PÓŁPZEWODNIKOWE. CHAAKTEYSTYKI, MODELE, ZASTOSOWANIA W sprawzdanu m.n. blcz dla wszystch przypadów w tabel natężene prądu wyjścweg I, stsune DC / AC współczynn tętneń t = ( AC / DC )00%. Wyreśl rdzny charaterysty DC = f(i ) t =f(i ); parametrem w tych wyresach będze pjemnść fltrująca C. Prównaj wartśc, charaterysty ształty przebegów wyjścwych, sfrmułuj wns W sprawzdanu mędzy nnym prównaj wyn blczeń teretycznych sprzed zajęć z wynam badań elementów uładów raz wynam blczeń wynanych na ch pdstawe, sfrmułuj wns. z V S A cm V PPN z E V masa D Vcm ys... Prpzycja łączena uładu z pprawnym pmarem napęca (PPN) d badana dd w zarese przewdzena raz ddy Zenera w zarese przebca S V PPP A cm E V D masa Vcm ys... Prpzycja łączena uładu z pprawnym pmarem prądu (PPP) 33

34 PIOT MADEJ d badana dd w zarese zatana we V zw D V wy L masa V ys..3. Prpzycja łączena uładu d badana parametryczneg stablzatra napęca z ddą Zenera we gen V AC D CH wy V DC C L masa V DC ys..4. Prpzycja łączena uładu d badana prstwna jednpłówweg z ddą półprzewdnwą fltrem pjemnścwym 34

35 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE Cel: Pznane zasad budwy, dzałana badana perwszych uładów na tranzystrach; źródeł stałych prądów. Pznane dśwadczalne właścwśc tranzystra w różnych stanach pracy. W ćwczenu zastsujesz tranzystry bplarne npn typu BC548B, pnp typu BC556B (tab. 3.4), a w wersj pszerznej mżna zastswać taże tranzystry plwe (unplarne) złączwe z anałem n: JFETn typu N446 lub typu BF WSTĘP TEOETYCZNY Źródła prądwe są znaczne rzadzej stswane d źródeł napęcwych. Z reguły są budwane ja stablzatry prądwe zaslane napęcw, z tranzystram pdstawwym elementam atywnym lub ch zestawam w uładach scalnych. Najprstsza wersja taeg źródła ma jedną wartść wyjścweg prądu I, a tranzystr jest jeg parametrycznym stablzatrem. Wyrzystywany jest ta zares charaterysty tranzystra, w tórym jest mała zależnść prądu tranzystra (równeg wyjścwemu prądw źródła I ) d spadu napęca na bcążenu źródła L. Są t zaresy płaseg, prawe równległeg przebegu zależnśc prądu letra I C w tranzystrze bplarnym d napęca letr-emter CE przy prądze bazy I B = parametr (ja na rys. 3.c) lub zależnśc prądu drenu I D w tranzystrze plwym d napęca dren-źródł DS przy napęcu brama-źródł GS = parametr. Lepsze właścwśc, tj. przede wszystm mnejszą zależnść wyjścweg prądu I d zman napęca zaslana SP raz d zman rezystancj bcążena wyjśca L ma źródł, w tórym jest bwód ntrl wartśc wyjścweg prądu raz bwód recj tej wartśc. Tae bwdy ma stablzatr mpensacyjny w najprstszej wersj newele różn sę uładw d prądweg stablzatra parametryczneg. Kntrlę prądu realzuje sę za pmcą rezystra włączneg w wyjścwe cz źródła, a tranzystr jest mparatrem elementem prównującym spade napęca z teg rezystra z napęcem wzrcwym raz jest taże elementem wzmacnającym wynawczym, rygującym wartść wyjścweg prądu zależne d wynu prównana. ys. 3.. Schematy zastępcze bcążnych źródeł prądwych; a) źródł jednej, stałej wartśc, b) źródł wartśc sterwanej napęcem lub prądem, wyres c) rdzna charaterysty wyjścwych bplarneg tranzystra npn, lustrująca mżlwść wyrzystana g w źródle parametrycznym stablzatrze prądu 35

36 PIOT MADEJ Właścwśc źródła stałej wartśc prądu mżna psać najprstszym dwuelementwym, dwójnwym schematem zastępczym ja na rys. 3.a. Wydrębnn na nm wyraźne znamnwy prąd źródła I g prąd wyjścwy I. T zróżncwane wyna z stnena wewnętrznej rezystancj, różnej d nesńcznśc. Zastswane w źródle tranzystry sterwane elementy eletrnczne umżlwają taże zmanę wartśc prądu wyjścweg za pmcą wartśc welśc wejścwych (sterujących), napęca lub prądu I. W tam przypadu źródł jest czwórnem przetwarzającym sygnał sterujący na prądwy sygnał wyjścwy, najprstszym schemace zastępczym ja na rys. 3.b. ysune 3.c brazuje przyładw dla tranzystra bplarneg zarówn deę jeg wyrzystana ja stablzatra parametryczneg prądu w źródle stałej wartśc, ja mżlwść zman prądu, tj. sterwana wartścą d wejśca lub przez bwód recj w stablzatrze mpensacyjnym. Na rysunu są wyjścwe charaterysty tranzystra I C = f( CE ) w uładze WE, przy prądze bazy I B ja parametrze. Wdać na nch, że przy stałym, wymusznym prądze bazy I B zmany prądu letra I C spwdwane zmanam napęca letr-emter CE będą newele, tym mnejsze, m mnejszy prąd letra. Zmana welśc sterującej, w tym przypadu z defncj jest t prąd bazy, pwduje przejśce tranzystra na nną gałąź charaterysty, z nnym prądem letra. W przyblżenu mżna załżyć, że sterwane jest lnwe, tj. w tym przypadu, że stała jest transmtancja prądwa 0 czwórna z rys. 3.b. A d jaeg parametru tranzystra zależy ta transmtancja? W schematach uładów pazanych na rys. 3. pmnęt dla prstty bwdy zaslana. Każdy uład z elementam atywnym (tutaj z tranzystram) mus być zaslany jaść teg zaslana (nestałść, przydźwę secwy, szumy) mże meć wpływ na jaść uładu, c w przypadu stablzatra psuje sę m.n. współczynnem stablzacj OPIS FOMALNY DZIAŁANIA ŹÓDŁA Przyjęte ułady zastępcze źródeł prądwych ja na rys. 3. sutują prstym psem matematycznym ch dzałana, dtyczącym charaterysty wyjścwej. W bu źródłach z rys. 3. prąd wyjścwy I jest c najwyżej równy prądw I g wsute stnena dzelna prądweg, utwrzneg przez rezystancję wewnętrzną wyjścwą rezystancję bcążena L : I L I g I g. (3.) L łame na ńcu zależnśc (3.) jest pdzałem dzelna prądweg. W wersj źródła sterwaneg z rys. 3.b trzeba ddatw psać ddzaływane welśc sterującej wejścwej (t ne zaslane!). Przy sterwanu wejścwym napęcem: I L L L I g y0 y (3.) gdze y0 t transmtancja admtancyjna czyl transadmtancja własna uładu (bez bcążena, tzn. przy zwarcu wyjśca prądweg) a y jest transadmtancją uładu bcążneg nretną rezystancją L. Natmast przy sterwanu wejścwym prądem zmena sę typ transmtancj, teraz jest na prądwa: I I g 0 I I. (3.3) L L L 36

37 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE Frmalne be welśc wejścwe raz I są ze sbą zwązane pprzez wejścwą rezystancję sterwaneg źródła: = I, nezależne d teg, tóra z nch jest naprawdę dprwadzna z zewnątrz ja sterująca. Dlateg mżna np. sterwać źródłem z tranzystrem bplarnym za pmcą napęca, pmm teg, że ten tranzystr z zasady sweg dzałana jest przetwrnem prądu na prąd ŹÓDŁA PĄDOWE Z TANZYSTOAMI BIPOLANYMI Najprstsze źródł prądwe w uładze parametryczneg stablzatra prądu pwnn pza tranzystrem zawerać bwód wymuszający stały prąd bazy teg tranzystra, pratyczne nezależny d zman zaslana bcążena źródła. Zazwyczaj słada sę n (rys. 3.) z bardz prsteg parametryczneg stablzatra napęca na ddze Zenera (dda D rezystr ) raz rezystra B, przetwarzająceg napęce z ddy Z na prąd bazy I B tranzystra. Obcążene źródła L na rys. 3.a ne jest płączne z masą. Ta spsób włączena bcążena częst jest newygdny lub wręcz nedpuszczalny. Zaradzć temu mżna wprwadzając d uładu newelą mdyfacją, ja na rys. 3.b; zmenn punt dłączena masy raz napęce zaslana na ujemne. Mędzy rysunam 3.a b jest jeszcze frmalna różnca w zastrzałwanu prądu wyjścweg źródła I raz spadu napęca na bcążenu L. W rezultace wartśc bu welśc są ujemne w uładze na rys. 3.b, mm dładne taej samej pracy uładów. W perwszym przypadu frmalnym erunu decyduje zna źródła zaslająceg E C raz erune prądu letra I C tranzystra. W drugm przyjęt, że prąd I jest ddatn, gdy przepływa ze źródła przez bcążene d masy, a napęce jest zdefnwane w dnesenu d masy. ys. 3.. Przyłady źródeł prądwych w uładze stablzatra parametryczneg, z tranzystrem bplarnym npn: a) bcążene L ne jest płączne z masą, zaslane ddatne, prąd wyjścwy ddatn, b) bcążene L płączne z masą, zaslane ujemne, prąd wyjścwy ujemny W uładze z rys. 3.a prąd wyjścwy jest ddatn, wprst równy prądw letra tranzystra. Wartść jeg mżna ustalć przy danym egzemplarzu tranzystra przez dbór ddy Zenera pżądanym znamnwym napęcu przebca Zn raz dbór wartśc rezystra B. W dealnym przypadu, przy stałej temperaturze, gdy w przyblżenu (tranzystr rzemwy): prąd letra I C ne zależy d napęca letr-emter CE, napęce baza-emter BE 0,65 V ne zależy d prądu bazy I B napęca CE, napęce Z ne zależy d prądu I Z płynąceg przez ddę, pdstawwa zależnść dla uładu ma pstać : I I C Z BE 0I B 0 cnst. (3.4) We wszystch zależnścach są rzeczywste Z r Z. Pdstawaj wartśc znamnwe Zn r Zn. B 37

38 PIOT MADEJ Współczynn 0 wyrażający wpływ prądu bazy na prąd letra jest pdstawwą właścwścą tranzystra; jeg statycznym wzmcnenem prądwym w uładze WE (wspólneg emtera). Przy newelch zmanach prądu bazy, w tczenu średnej wartśc, czyl w tczenu puntu pracy ppq tranzystra należy psłużyć sę wzmcnenem prądwym przyrstwym (małsygnałwym) : I A IC h fe (3.5) I C 0 he hfe h e I, B A W przypadu brau danych wartśc jedneg z tych współczynnów, mżesz przyjąć d blczeń jednawą wartść bu, ale pamętaj różncy defncyjnej! Pazan nżej przyład prjetwana uładu parametryczneg stablzatra prądu z rys. 3.a, aby pazać, czym t sę różn d zwyłeg zadana. Zaczyna sę d dbru napęca zaslana. Idealne bcążene źródła prądweg t zwarce, L = Lmn = 0, natmast dpuszczalny zares rezystancj bcążena jest granczny d góry napęcem zaslana E C : B L ma ma EC mn CE mn, (3.6) I I gdze CEmn t granczne napęce, przy tórym punt pracy tranzystra ne wchdz jeszcze w bszar spadu rzywych p lewej strne wyresu na rys. 3.c. Jest n węsze d napęca nasycena CEsat. waża sę, że w tach warunach tranzystr mże pracwać w uładach lnwych. Zwyle przyjmuje sę CEmn ł (0,5 ) V dla tranzystrów małej mcy przy newelch prądach źródła ja w tym ćwczenu raz (,5 3) V dla tranzystrów dużej mcy przy węszych prądach. Należy sprawdzć, czy wybrany tranzystr mże pracwać w uładze, na pdstawe atalgwych warunów granczających ple jeg bezpecznej pracy na wyjścwych charaterystyach w uładze WE: I I I C I CE ma C ma P, C ma E j ma a ma P, a ma C ma CM CE ma j ma 5 CE0 C, (3.7) gdze: P CM granczna dpuszczalna mc w tranzystrze w reślnych warunach chłdzena, przy temperaturze tczena a 5 C, P Cma ( ama ) ja wyżej, ale przy temperaturze tczena dchdzącej d reślnej masymalnej ama, np. 60 C; uwaga ama < jma, jma masymalna, dpuszczalna temperatura złącza (junctn) przyrządu półprzewdnweg, tutaj tranzystra, np. 50 C. Pdstawwy zwąze dla prądów we wstępnym stablzatrze napęca na ddze D rezystrze : I Z EC Z I I B I B (3.8) pzwala dbrać rezystr d uładu. Przy blczanu trzeba jedna brać pd uwagę mżlwe granczne wartśc prądów, napęć. I ta, ze względu na rzrzuty prducyjne wartśc 0 mędzy egzemplarzam tranzystrów: 38

39 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE I B mn I I pratyczne przyjmj 0, I B ma. (3.9) 0 ma 0 mn Zmany napęca zaslana, pchdząceg np. z prsteg nestablzwaneg zaslacza secweg, pwdują rzrzuty prądu I płynąceg przez rezystr : E C mn Z EC ma Z I mn I I ma. (3.0) Prąd ddy Zenera ne mże być zbyt duży, b t grz przerczenem dpuszczalnej mcy znszczenem ddy: I Z I Z ma P D ma Z a ma P DM Z j ma j ma a ma 5 C. (3.) Prąd ten ne mże być też za mały, b jaść stablzacj sę pgarsza (duży wzrst rezystancj zastępczej ddy), rańcw dda wychdz z zaresu stablzacj. Przyjmuje sę: I Z I Z mn P 0 DM Z P D ma 5 C a 0 Z. (3.) Zaleca sę, w ramach pracy własnej, tae przeształcene pdanych zależnśc, aby dstać warun na wartść rezystra. Przy wybrze nretnej wartśc należy pamętać, że rzeczywste wartśc napęca przebca ddy Zenera Z rezystancj mgą różnć sę d znamnwych, tóre pdstawasz, (5 0) % zachwać bezpeczny dstęp d grancznych wartśc. Autr prpnuje ja pratyczną zasadę zastswane w tam przypadu średnej gemetrycznej z blcznych granc. Jaść źródła jest defnwana przynajmnej dwma parametram. Jeden z nch psuje nedealnść plegającą na sńcznej rezystancj wyjścwej, bjawającej sę zmanam prądu wyjścweg I przy zmane napęca wyjścweg, czyl przy zmane rezystancj bcążena L (rys. 3.a b). Welścą psującą t zjaws jest parametr h e tranzystra, z grupy parametrów tzw. małsygnałwych. Jest n wyjścwą ndutancją dynamczną tranzystra w uładze WE: h e IC IC IC he [μs], (3.3) r ce CE gdze r ce t zastępcza wyjścwa rezystancja dynamczna tranzystra w tych warunach, Y t tzw. ptencjał Earleg, umwna welść wartśc dla tranzystrów rzemwych małej mcy: 00 V dla npn, 50 V dla pnp. Jeżel zmany rezystancj bcążena są na tyle szybe, że ne zmena sę pratyczne mc wydzelająca sę w tranzystrze, czyl temperatura jeg złączy pzstaje stała, t wyjścwa zastępcza ndutancja źródła jest pratyczne równa: CE Y I I I C G he. (3.4) r CE ce Jeżel jedna zmany bcążena są tae, że zdąży zmenć sę temperatura złączy tranzystra, np. gdy wzrśne, należy spdzewać sę ddatweg efetu, 39

40 PIOT MADEJ pchdząceg d temperaturwych współczynnów: napęca BE (ujemny, ł mv/deg, prąd I B wzrśne a z nm taże I C ), współczynna wzmcnena prądweg 0 (ddatn, średn ł + 0,5 %/deg, prąd I C wzrśne). Autr pzstawa Czytelnw ceną jaścwą, z uzasadnenem, czy w tam przypadu merzna ndutancja wyjścwa uładu G będze mnejsza, czy węsza d szacwanej z zależnśc (3.4)? Drug parametr psujący jaść źródła, ja stablzatra prądu, t współczynn stablzacj prądwej G, reślający stpeń ddzaływana zman napęca zaslająceg E C na zmany prądu wyjścweg I. Ten parametr zależy d rdzaju zman napęca zaslana. Jeżel zmana jest ta róttrwała, że ne zdążą sę pratyczne zmenć temperatury złączy tranzystra ddy Zenera, t blcza sę jeg wartść z zależnśc: bezwzględny współczynn stablzacj prądwej (patrz przyps na str. 37) I I rz G he μs, (3.5) E E względny współczynn stablzacj prądwej C C B I S E C I E C / I / E C G E I C %. % (3.6) Przy zmanach napęca zaslana na dłuższy dcne czasu temperatury złączy zdążą sę zmenć; wzrst napęca spwduje wzrst temperatury ddy tranzystra. O współczynnach temperaturwych welśc w tranzystrze już wcześnej wspmnan, natmast współczynn temperaturwy napęca przebca ddy Zenera mże być ujemny, gdy Zn < 5 V (np. mv/deg) lub ddatn, gdy Zn > 7 V (np. + 3 mv/deg). Autr prpnuje Czytelnw analzę jaścwą, w tórym erunu nastąp zmana wartśc G przy badanu uładu w labratrum (długtrwałe zmany), w prównanu z wartścą szacwaną z zależnśc (3.5). ys Źródła prądwe w uładze stablzatra mpensacyjneg z tranzystram bplarnym, bcążene L płączne z masą: a) tranzystr npn, prąd I ujemny, b) tranzystr pnp, prąd I ddatn Newela zmana uładwa źródła; usunęce rezystra B w uładze z rys. 3.b wstawene nneg w bwód emtera tranzystra da uład z rys. 3.3a, będący już najprstszym stablzatrem mpensacyjnym prądu. ezystr E w tym uładze służy d zamany prądu emtera I E, pratyczne równeg prądw wyjścwemu I, na spade napęca, prównywany przez złącze BE tranzystra z napęcem Z z ddy Zenera. Wzmcnny wyn prównana zmena prąd źródła, przywracając pratyczne jeg wartść znamnwą. Tranzystr T jest równcześne blem prównującym, 40

41 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE wzmacnającym wynawczym. W uładze z rys. 3.3a prąd wyjścwy jest ujemny. Mdyfacja uładu d wersj z tranzystrem pnp z rys. 3.3b da ddatn prąd w bcążenu. Przy analze bu uładów należy pamętać, że przy tam zastrzałwanu prądów eletrd tranzystra napęć mędzy nm, wszyste ne są ddatne w tranzystrze npn a ujemne w tranzystrze pnp. Przedstawne dalej zależnśc będą dtyczyły uładu z rys. 3.3a. Pdstawwa zależnść dla taeg prądweg stablzatra mpensacyjneg, w stane ustalnym, przy stałych wartścach: temperatury tczena, napęca zaslana rezystancj bcążena: I E0 E 0 BE I IC 0 E 0 E 0 Z. (3.7) Pneważ prąd emtera I E jest ( 0 + ) razy węszy d prądu bazy I B, rezystr emterwy E w uładach z rys. 3.3 będze 0 + razy mnejszy d rezystra B w uładach z rys. 3., przy tam samym wyjścwym prądze I tam samym napęcu Z. Tym razem wyjścwy prąd I pratyczne ne zależy d statyczneg wzmcnena prądweg 0 tranzystra (prównaj zależnśc (3.4) (3.7)). Przy szybch zmanach napęca zaslana rezystancj bcążena, gdy ne zdążą zmenć sę temperatury tranzystra ddy, parametry źródeł partych na stablzatrach mpensacyjnych z rys. 3.3 będą mały wartśc: ndutancja wyjścwa h e G, rce (3.8) bezwzględny współczynn stablzacj prądwej rz he rz B G he, ale E. (3.9) E E Z prównana zależnśc (3.8) z (3.4) (3.9) z (3.5) wyna, że stablzatr prądwy mpensacyjny ma wyraźne lepszą jaść. Ma węszą razy wyjścwą rezystancję, natmast z dwóch sładnów współczynna stablzacj G perwszy maleje razy. Drug sładn G jest ta sam w bu uładach, bwem zależy d jaśc wzrcweg źródła napęcweg, zbudwaneg na ddze Zenera, tóre sę ne zmenł. waga: zmnejsza sę zares napęca na bcążenu ma d E E Z! ŹÓDŁA PĄDOWE Z TANZYSTOAMI NIPOLANYMI POLOWYMI Tranzystr plwy w źródle prądwym pracuje nec naczej, nż bplarny. Będąc z zasady dzałana przetwrnem napęca GS na prąd I D ne wymaga ddatweg rezystra, zamenająceg napęce ze stablzatra na ddze Zenera na prąd sterujący. Pneważ tranzystry teg typu mają grsze charaterysty wyjścwe w uładze wspólneg źródła (WS), mnejszej rezystancj dynamcznej r ds w prównanu z rezystancją r ce tranzystrów bplarnych, ne buduje sę na nch czystych uładów stablzatrów parametrycznych. Isttnym elementem uładów z tym tranzystram jest rezystr S w bwdze eletrdy S (źródł) tranzystra (rys. 3.4), na tórym spade napęca s jest prprcjnalny d prądu wyjścweg I uładu. Tae rzwązane, z bramą G tranzystra płączną bezpśredn z drugm ńcem rezystra S (ja na rys. 3.4a) lub przez ddatwe źródł stałeg napęca Z (rys. 3.4b) ns nazwę 4

42 PIOT MADEJ uładu z autmatyczną plaryzacją bram. Chwlwa zmana prądu I S, np. wzrst pwduje zmanę w tym samym erunu napęca s, pwdującą przecwstawane sę tranzystra taej zmane, tutaj przytane tranzystra. a) T GS I D +E D DS b) I -I D L c) I -I D L I G S I =I D L s I S D I I G I Z Z T GS I D S I S s DS D I I Z Z T GS I D S I S s DS -E S -E S ys Przyłady źródeł prądwych z tranzystram plwym, bcążene L płączne z masą: a) tranzystr JFETn, prąd I ddatn, b) tranzystr JFETn, prąd I ujemny, c) tranzystr NMOS z nduwanym anałem, prąd I ujemny Prąd bram I G tranzystra mżna w pratyce pmnąć; jest t prąd zataneg złącza lub zlacj mędzy bramą G źródłem S tranzystra. łady z tranzystrem złączwym z zlwaną bramą tym samym type anału, np. n ne mgą meć dentycznych wartśc elementów, c wyna ze znau napęca GS przy nrmalnej pracy. W tranzystrze JFETn t napęce jest ujemne, a w NMOS z anałem nduwanym ddatne. Dlateg najprstsze źródł na tranzystrze JFETn ma tyl tranzystr rezystr S (rys. 3.4a), natmast uład na NMOS z anałem nduwanym wymaga ddatweg, ddatneg napęca (rys. 3.4c). Na śrdwym rysunu, 3.4b jest uład na tranzystrze JFETn, ale z ddatwym źródłem napęcwym Z, c daje węsze mżlwśc dbru puntu pracy uładu raz pprawa zwęsza rezystancję wyjścwą źródła. Zależnśc dtyczące uładów źródeł z tranzystram plwym JFET perają sę na załżenu, że charaterystya przejścwa tych tranzystrów I D = f( GS ) jest rzywą ptęgwą drugeg stpna. Dla uładu z rys. 3.4a pdstawwe zależnśc mają pstać ( P GS ujemne!): GS I I, (3.0) S S S S E D I I, (3.) DS mn GS L ma P L ma dbór rezystra S d zadaneg prądu źródła I P I S, (3.) I I DSS gdze P napęce dcęca tranzystra plweg, ujemne dla JFETn, I DSS prąd drenu tranzystra plweg przy plaryzacj GS = 0 V. Przy stałej temperaturze tranzystra stałym napęcu zaslana wyjścwa zastępcza rezystancja źródła z rys. 3.4a ma wartść węszą d dynamcznej rezystancj wyjścwej r ds sameg tranzystra w uładze WS, dzę zastswanu rezystra S : 4

43 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE I DSS S rds gms rds, G I / I (3.3) gdze g m t transndutancja pdstawwy parametr tranzystra plweg, psujący jeg właścwśc przetwarzana zman wejścweg napęca na zmany wyjścweg prądu. Jej wartść zależy d puntu pracy tranzystra, czyl prądu I DQ : g m I D GS I D I DSS GSQ I DQI DSS ppq GS P. (3.4) P P Bezwzględny współczynn stablzacj prądwej jest w tym uładze ( tyl w nm) równy wyjścwej ndutancj dynamcznej: I I I G G μs (3.5) E E D D I I ED ED % a względny S. E E I I % D D (3.6) W uładze z rys. 3.4b wprwadzn d cza brama-źródł tranzystra ddatwe, stałe napęce Z z napęcweg stablzatra parametryczneg (D ). Warun pracy ddy Zenera w tym uładze dbera sę prawe ta sam, ja dla uładów z tranzystram bplarnym, pmjając jedyne prąd bcążena stablzatra D, pprzedn był t prąd bazy I B, a teraz prąd bram I G pratyczne równy zer. Zmana mejsca dłączena masy przy tym samym type tranzystra JFETn wymusza zastswane ujemneg napęca zaslająceg raz defncyjną zmanę znau prądu wyjścweg na mnus. Teraz zależnśc dla źródła; pdstawaj ze znaam, taże ujemny I raz patrz przyps na str. 37: GS I I, (3.7) Z S Z S S Z S E S DS mn I, I (3.8) S L ma Z P L ma dbór rezystra S d zadaneg prądu źródła I I S Z P. (3.9) I I DSS Węsza wartść rezystra S zwęsza reację uładu na zmany prądu wyjścweg, spwdwane zmaną bcążena lub zaslana; ntucja sugeruje pprawę jaśc źródła. Teraz zależnść na wyjścwą rezystancję dynamczną źródła jest pzrne taa sama ja w pprzednm uładze (patrz zal. (3.3)) S ds m S r g (3.30) ale wartść przy tym samym prądze źródła jest węsza (rzystne), b rezystr S jest węszy, np. parę razy (prównaj zal. (3.9) (3.)): 43

44 PIOT MADEJ Z I DSS S rds. (3.3) P I Bezwzględny współczynn stablzacj prądwej ne jest teraz wprst równy wyjścwej ndutancj dynamcznej (patrz przyps na str. 37): G rz r Z r ds g m rz r ds g m μs (3.3) w zależnśc d współczynna stablzacj r Z / wewnętrzneg stablzatra na ddze Zenera mże meć wartść mnejszą lub zblżną d tej w pprzednm uładze teraz jest węsza! W statnm z uładów źródeł, z rys. 3.4c zastswan tranzystr NMOS z nduwanym anałem, c znacza, że prąd w anale a węc prąd wyjścwy uładu płyne przy ddatnm spadu napęca GS, pwyżej prgweg, taże ddatneg napęca załączena tranzystra, np. TO =,5 V. Obwązuje taa sama zależnść (3.7), ja w pprzednm uładze, ale wyn mus być ddatn. D wybru wartśc rezystra S przy węszych prądach ne mżna wyrzystać zależnśc (3.9); trzeba srzystać z pdawanych przez prducentów tranzystrów MOS wyresów charaterysty przejścwych I D = f( GS ), bwem dbegają ne d parabl, szczególne w zarese prądów pwyżej ł 0 % masymalneg prądu drenu. Mżna taże dbrać ją esperymentalne, przy uruchamanu uładu. 3.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntu rzutuje na cenę całej grupy. A) Przypmnj sbe właścwśc tranzystra bplarneg w trzech stanach pracy: zatana, atywnym nrmalnym nasycena. Zapznaj sę ze spsbam pdawana właścwśc tranzystrów (tabele, wyresy, warun) na ńcu rzdzału 3.3, w materałach wyładwych na strnach nternetwych prducentów. B) Oblcz wartśc rezystrów B d źródła prądweg w uładze parametryczneg stablzatra prądu z rys. 3.5 według danych dla grupy w tab. 3. raz w tab Oblcz przy znamnwym zaslanu wyjścwą rezystancję, współczynn stablzacj G S źródła a przy 0,8 znamnweg zaslana blcz masymalną rezystancję bcążena Lma. C) Oblcz wartść rezystra E d źródła prądweg w uładze mpensacyjneg stablzatra prądu z rys. 3.6, rezystr ddę D pzstaw ja w uładze z rys Oblcz dla źródła przy znamnwym zaslanu:, G, S, a Lma blcz przy 0,8 znamnweg zaslana. Zwróć uwagę, że teraz jest nny tranzystr, pnp nnej wartśc h e! ezystancja Lma taże będze nna; patrz uwaga na ńcu rzdz. 3..! D) Dla bu uładów blcz transmtancję y0, jaą małyby, gdyby ddę Zenera zastąpć źródłem sygnału napęcweg, sterująceg wartścą prądu wyjścweg. E) Zrób zestawene prównawcze parametrów źródeł, G, S, Lma y0, blcznych teretyczne w puntach B), C) D). 44

45 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE 3.3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Tab. 3.. Wartśc welśc typy elementów d źródeł prądwych na tranzystrach ład Obydwa źródła Parametryczny z tranz. bplarnym Kmpensacyjny z tranz. bplarnym Element, Numer grupy welść Znamnwy prąd wyjścwy I znam [ma] Znamnwe zaslane E Cznam, E Eznam [V] Dda D Zznam [V], P DM [mw], typwe: r Z [] [mv/deg]. Przyjmj d blczeń I Zznam [ma] Tranzystr npn Tranzystr pnp,,5,7,8,3, , 400 +,5 7, ,8 6, ,7 7, ,8 BC548B BC556B 6, ,7 6, 400 +,5 Badane w ćwczenu ułady łącz w górnej częśc maety Wzmacnacze Welstpnwe (rys. 4.5 raz ). Ja źródł zaslana E C lub E E zastsuj zaslacz nastawny, typ ZMM-3/97A, z własnym wewnętrznym wltmerzem V. Prąd wyjścwy I źródeł prądwych merz multmetrem MXD-4660A a spade napęca na rezystrze bcążena L multmetrem DT Parametryczny stablzatr prądu na tranzystrze bplarnym npn Płącz uład źródła prądweg parametryczneg na tranzystrze bplarnym npn wraz z aparaturą d jeg badana, zgdne z rys. 3.5 rys ys Parametryczny stablzatr prądu na tranzystrze bplarnym npn raz uład d jeg badana Włącz znamnwe zaslane, sprawdź przy bcążenu L 0,4 Lma, czy prąd wyjścwy ma wartść blsą żądanej znamnwej I znam (dpuszczalna dchyła d %); w raze ptrzeby sryguj wartść rezystra B, np. łącząc szeregw la rezystrów. W jam stane jest tranzystr w uładze? Odłącz (wycągnj z gnazda) rezystr B. Ja prąd płyne w bwdze bazy I B (ne merz, przeanalzuj) raz letra I C tranzystra (ten merzysz)? W jam stane jest teraz tranzystr? 45

46 PIOT MADEJ Włącz rezystr B, zmeń wartść L na ł 0 Lma (w raze ptrzeby dłącz rezystr szeregw z deadówą). Zmerz zantuj prąd I C. Oblcz stsune prądów I C /I B, prównaj z 0. Przełącz wltmerz V mędzy letr emter tranzystra (cm V na emter), zantuj CE. W jam stane jest tranzystr? Przełącz V z pwrtem na rezystr L. Zbadaj charaterysty uładu: wpływ zaslana I = f(e C ) przy cnst a naprawdę przy L = cnst raz wpływ bcążena I = f( ) a naprawdę I = f( L ) przy E C = cnst. Zrbsz t, merząc I przy pęcu wartścach E C /E Cznam = 0,8/0,9//,/, raz pęcu wartścach L / Lma = 0,/0,5/0,4/0,55/0,7. Wyn zapsuj d tabel, np. taej ja tab. 3.. Tab. 3.. Wyn badana źródła prądweg w uładze stablzatra parametryczneg z tranzystrem bplarnym Przyrządy: L/ Lma [-] 0, 0,5 0,4 0,55 0,7 L Parametryczny stablzatr prądu. Charaterysty I = f(e C) I = f( L). E C/E Cznam [-] 0,8 0,9,, [] pmar E C [V] I [ma] [V] I [ma] [V] I [ma] [V] I [ma] [V] I [ma] [V] W sprawzdanu m.n. wynaj wyresy rdzny charaterysty: I = f(e C ) dla parametr raz I = f( ) lub I = f( L ) dla E C = parametr. Oblcz średne wartśc parametrów źródła: G S z perwszej rdzny charaterysty, z drugej rdzny. Wyrzystaj d teg równana lnwych trendów! Kmpensacyjny stablzatr prądu na tranzystrze bplarnym pnp Płącz uład źródła prądweg mpensacyjneg na tranzystrze bplarnym pnp wraz z aparaturą d jeg badana, zgdne z rys. 3.6 rys Dda D rezystr ja w uładze z rys.3.5. Włącz znamnwe zaslane, sprawdź przy bcążenu L 0,4 Lma (teraz Lma jest nny), czy prąd wyjścwy ma wartść blsą żądanej znamnwej I znam (dchyła pnżej %); w raze ptrzeby sryguj wartść rezystra E, np. łącząc równlegle dwa rezystry. Zbadaj charaterysty uładu: wpływ zaslana I = f(e E ) przy cnst a naprawdę przy L = cnst raz wpływ bcążena I = f( ) a naprawdę I = f( L ) przy E E = cnst. Badana wynaj przy pęcu wartścach E E /E Eznam = 0,8/0,9//,/, raz pęcu wartścach L / Lma = 0,/0,5/0,4/ 0,55/0,7. Wyn zapsuj d tabel, np. taej ja tab

47 3. TANZYSTOOWE ŹÓDŁA PĄDOWE ys Kmpensacyjny stablzatr prądu na tranzystrze bplarnym pnp raz uład d jeg badana W sprawzdanu m.n. wynaj wyresy rdzny charaterysty: I = f(e E ) dla parametr raz I = f( ) lub I = f( L ) dla E E = parametr. Oblcz średne wartśc parametrów źródła: G S z perwszej rdzny charaterysty, z drugej rdzny. Wyrzystaj d teg równana lnwych trendów! Tab Wyn badana źródła prądweg w uładze stablzatra mpensacyjneg z tranzystrem bplarnym Kmpensacyjny stablzatr prądu. Charaterysty I = f(e E) I = f( L). Przyrządy: L/ Lma [-] 0, 0,5 0,4 0,55 0,7 L E E/E Eznam [-] 0,8 0,9,, [] pmar E E [V] I [ma] [V] I [ma] [V] I [ma] [V] I [ma] [V] I [ma] [V] Prównane źródeł raz prównane badań z przewdywanam teretycznym W zańczenu sprawzdana m.n. sprządź w frme tabel prównane mędzy źródłam: właścwśc blczne z badań, z zależnśc pmarwych, tj. ze stsunu przyrstów ja w zal. (3.4) (3.5) lub z równań lnwych trendów charaterysty raz szacwane przed zajęcam, z zależnśc teretycznych. Sfrmułuj ńcwe wns c d jaśc źródeł użytecznśc zależnśc pdanych w częśc teretycznej. 47

48 PIOT MADEJ Tab Zestaw pdstawwych właścwśc tranzystrów, stswanych w ćwczenu Typ gólne cechy tranzystra Parametr ) BC548B bplarny npn mała mc BC556B bplarny pnp mała mc CE0 [V] I Cma [A] 0, 0, jma [C] P M [W] 0,6 0, h FE [A/A] typ. 300 typ. 90 ) - wartśc z atalgu prducenta, tóreg wyrób jest używany w labratrum, D ZW B ZW T masa ZW +E C A ZW L, V ys Prpzycja łączena uładu parametryczneg stablzatra prądu na tranzystrze npn D E +E E T A masa ZW L, V 7 ys Prpzycja łączena uładu mpensacyjneg stablzatra prądu na tranzystrze pnp 48

49 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM Cel: Pznane właścwśc jedneg ze wzmacnających uładów na tranzystrze bplarnym. Będze t uład wspólnym emterze (WE); zapznasz sę z budwą uładu, ustalanem puntu pracy tranzystra w uładze, zastępczym parametram uładu. Pznasz metdy badana uładu ja lnweg przetwrna sygnałów przemennych raz sut współpracy uładu ze źródłem sygnału wejścweg z bcążenem wyjśca reślnych rezystancjach. 4.. WSTĘP TEOETYCZNY ys. 4.. Wzmacnacz w uładze WE, z welścam stałprądwym, reślającym punt pracy tranzystra (ppq) raz dwa schematy zastępcze, d mnmalneg psu właścwśc zmennprądwych uładu, z welścam tzw. małsygnałwym Jednym z najczęścej stswanych uładów wzmacnających na tranzystrze bplarnym jest tzw. uład WE, czwórn, w tórym emter tranzystra jest wspólną eletrdą dla bwdów sygnałów: wejścweg wyjścweg. W ćwczenu będze badana wersja uładu (rys. 4.) z plaryzacją tranzystra T za pmcą dzelna napęca zaslająceg E C, pdająceg na bazę tranzystra stałe napęce plaryzujące raz z rezystrem emterwym E, nezablwanym równległym ndensatrem. ład jest szerpasmwy, ujemnych transmtancjach, napęcwej prądwej na pzme d lunastu patrz zależnśc przyłady w Ddatu (rzdz. 5.3). Stsune rezystancj wejścwej d wyjścwej mże wynsć la, c śwadczy lepszych właścwścach uładu ja wzmacnacza napęcweg nż prądweg. jemne sprzężene zwrtne sągnęte za pmcą rezystra w bwdze emterwym E wsute brau bcznująceg g ndensatra C E stablzuje zarówn spczynwy punt pracy tranzystra ja transmtancje dla sygnałów przemennych, unezależnając je pratyczne d wzmacnających właścwśc tranzystra. W przypadu, gdy ne chdz prjet, a jedyne blczene właścwśc uładu przy znanych wartścach elementów napęca zaslana, należy zacząć d welśc reślających punt pracy (znaczene ppq ndes Q) raz sprawdzena warunów jeg stablnśc. 49

50 PIOT MADEJ 4... PNKT PACY TANZYSTOA I WANKI JEGO STABILNOŚCI Oznaczne w lewej częśc rys. 4. napęca, przy brau sygnału wejścweg, są zdefnwane w stsunu d ptencjału dnesena masy uładu, pza dwma spadam napęca mędzy eletrdam tranzystra: bazą emterem BEQ raz letrem emterem CEQ. Stałe napęce na baze BQ, przy załżenu pratyczneg brau bcążana dzelna napęcweg przez prąd bazy I BQ (sprawdzene słusznśc teg załżena jest pazane w dalszej częśc rzdzału): BQ B EC EC EC. (4.) W pwyższej zależnśc zdefnwan przy azj zastępczą rezystancję B, będącą frmalnym równległym płączenem rezystrów. Jeżel tranzystr jest rzemwy npn małej mcy, t mżna przyjąć wartść spczynweg spadu napęca przy przewdzenu BEQ = 0,65 V blczyć spczynwe napęce na emterze EQ dalej prąd emterwy I EQ, tóry przy dużym statycznym wzmcnenu prądwym 0 tranzystra jest pratyczne równy prądw letrwemu I CQ (pmnęt prądy zerwe tranzystra): EQ, (4.) BQ BEQ 0 Q E ICQ I EQ I EQ 0 E EQ E. (4.3) Spczynwy prąd bazy I BQ mżna szacwać, jeżel znana jest typwa wartść statyczneg współczynna wzmcnena prądweg 0 tranzystra, a jeżel znane są tyl grance pdane w atalgu (np ), t należy blczyć ch średną gemetryczną, ja w zależnśc nżej: I BQ ICQ ICQ. (4.4) 0typ 0 ma0 mn Pzstały d blczena jeszcze dwa napęca w czu wyjścwym tranzystra: CQ E I, (4.5) C CQ C CEQ E C I CQ C lub p prstu I EQ E CEQ E C I CQ CQ EQ C. E (4.6) Przed sprawdzenem warunów stablnśc puntu pracy tranzystra trzeba jeszcze blczyć znamnwy prąd dzelna plaryzująceg bazę, tj. z pmnęcem prądu dpływająceg d bazy tranzystra: I DB EC. (4.7) Teraz już mżna sprawdzć dwa pratyczne równważne warun stablnśc puntu pracy; spełnene perwszeg śwadczy pratycznej prawdłwśc zależnśc (4.): 50

51 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM I BQ I DB, np. I BQ 0,05I DB lub I BQ ma I CQ 0 mn 0,I DB, (4.8) B np. 0,. (4.9) Trzec warune stablnśc dtyczy napęć: E 0, B E0 mn EQ 3, BEQ, np. EQ BEQ (4.0) lub w nec nnej frme BQ 4. (4.) BEQ P sprawdzenu warunów stablnśc puntu pracy mżna przejść d blczena wartśc tzw. małsygnałwych parametrów h j tranzystra (d h d h ), tórym psuje sę jeg właścwśc przy przetwarzanu sygnałów, z defncj małych w stsunu d wartśc welśc w punce pracy TWOZENIE SCHEMAT ZASTĘPCZEGO, OSZACOWANIE PAAMETÓW MAŁOSYGNAŁOWYCH TANZYSTOA I KŁAD Jeżel analzwany czwórn jest lnwy, tj. jeg własnśc ne zależą d sygnału zwąze mędzy sygnałam jest lnwy raz czwórn jest unlateralny, tj. przetwarza sygnały tyl w jednym erunu, d wejśca d wyjśca, t mżna g psać trzema, stałym parametram. D blczena tych parametrów rbczych wzmacnacza, tach ja na schematach p prawej strne rys. 4., trzeba uład zastąpć jeg schematem zastępczym dla sygnałów przemennych, w śrdu pasma częsttlwścweg pracy. W tach warunach wartśc parametrów rbczych będą rzeczywste, bez sładnów urjnych. Będą t: wejścwa rezystancja, wyjścwa rezystancja, własna transmtancja napęcwa u0 lub własna transmtancja prądwa 0. ys. 4.. Wzmacnacz WE sterwany ze źródła e g rezystancj g bcążny na wyjścu rezystancją L ; schemat zastępczy dla małych sygnałów przemennych (napęć, prądów), znacznych małym lteram eatancje ndensatrów C C z rys. 4. przy częsttlwścach ze śrda pasma pracy uładu są pmjalne małe w prównanu z rezystancjam cze: wejścweg wyjścweg. Dlateg zastępuje sę te ndensatry zwarcam. Źródł zaslana taże zastępuje sę zwarcem, b dla sygnałów przemennych ma n bardz małą mpedancję; ne dść, że ja źródł napęcwe ma małą rezystancję, t jeszcze 5

52 PIOT MADEJ zazwyczaj jest zablwane ndensatrem dużej pjemnśc. W rezultace dla sygnałów przemennych (rys. 4.) rezystr C jest mędzy letrem tranzystra masą, a jest równległy d. W częśc śrdwej rysunu 4. jest schemat zastępczy tranzystra w uładze wspólneg emtera (WE), w pstac czwórna ńcówach: baza B, letr C emter E. Zawera n mnmalną lczbę parametrów tzw. meszanych hybrydwych h j, ptrzebnych d psu właścwśc tranzystra dla newelch sygnałów, w stsunu d puntu pracy. Są t w tym przypadu (ddatwy ndes e, b tranzystr pracuje w uładze wspólnym emterze WE): dynamczna rezystancja wejścwa tranzystra h e T T 6mV he rbe 0 0, (4.) I I I BQ dynamczne (przyrstwe) wzmcnene prądwe tranzystra, wartśc w przyblżenu równej wartśc statyczneg wzmcnena prądweg 0 h h CQ CQ h h, (4.3) e fe 0 FE E dynamczna ndutancja wyjścwa tranzystra, dwrtnść dynamcznej rezystancj wyjścwej tranzystra h e ICQ he, (4.4) r gdze T ptencjał eletrtermczny; patrz zal. (.) z znaczenam, 0 statyczne wzmcnene prądwe tranzystra w uładze WE, Y welść teretyczna, tzw. ptencjał Earleg, równy 00 V dla tranzystra npn, rzemweg małej mcy. Pmnęt parametr ddzaływana wsteczneg w tranzystrze, znaczany h e, wartśc rzędu ( ) V/V w tranzystrach małej mcy. Ddatwym sśnym strzałam na rys. 4. znaczn zacs, na tórych są zdefnwane zastępcze rezystancje tranzystra w uładze WE, wraz z dłącznym d emtera rezystrem E : wejścwa r (baza masa), wyjścwa r (letr masa) raz całeg uładu wzmacnacza: wejścwa, wyjścwa. W zasadze wszyste ne są welścam zdefnwanym dla małych sygnałów pwnny być znaczne małym lteram, ja dynamczne, ale dla dróżnena rezystancj na ńcówach tranzystr-masa d zacsów całeg uładu, dla teg statneg przyjęt duże ltery. Zależnśc na te rezystancje pdan nżej w wersjach prawe dładnych przyblżnych, stswanych w pratyce nżynersej: ce Y r E he h e h e he E he E, (4.5) h e E C L r r h, (4.6) B B e E B he E he E r, (4.7) he E h e B g he E h e B g 5

53 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM 53. C g B e E E e e C C h h h r (4.8) Najważnejszy, trzec parametr w zastępczych uładach z rys. 4. t transmtancja własna uładu, zdefnwana w warunach dealnych. Pdan zależnśc prawe dładne przyblżne, stswane w pratyce nżynersej. I ta dla g = 0, L (na wejścu dealne źródł napęcwe, wyjśce nebcążne) zdefnwana jest transmtancja napęcwa, 0 E C E e e E C E e e C e E e E C u h h h h h h (4.9) a dla g, L = 0 (na wejścu dealne źródł prądwe, wyjśce zwarte) zdefnwana jest transmtancja prądwa. 0 E B e E e B e E B h h h (4.0) Zwąze mędzy tym transmtancjam dla lnweg, unlateralneg czwórna. 0 0 u (4.) W rzeczywstych warunach pracy wartść transmtancj zależy taże d rezystancj bcążena wyjśca L zastępczej rezystancj źródła wejścweg sygnału g. Będą ne pwdwały pdzał sygnału, a węc zmnejszene transmtancj, patrz rzdz. 5.. Przy dwlnej rezystancj L dzeln napęca na wyjścu daje L L u u u u 0, (4.) dzeln prądu na wyjścu daje L 0 (4.3) raz przy dwlnej rezystancj g dzeln napęca na wejścu daje u g g g u u u e u e u ef, (4.4) dzeln prądu na wejścu daje g g g g ef. (4.5) Mędzy transmtancjam teg sameg czwórna występują jeszcze zależnśc:

54 PIOT MADEJ g u, ef uef, (4.6) L L raz. (4.7) u0 u uef 0 ef Mżna pnadt dla teg sameg czwórna frmalne zdefnwać dwa typy transmtancj, gdy wyberze sę różne typy sygnałów na wejścu wyjścu. Będą t welśc wymarwe. Jedną jest tzw. transmpedancja, czyl transmtancja mpedancyjna, w mach z u L g z0 z0, zef z L L g g u, (4.8) raz tzw. transadmtancja, czyl transmtancja admtancyjna, w smensach y u y0 0, 0 y yef y L L eg g. (4.9) Transmpedancję defnuje sę przy schemace zastępczym ze sterwanym źródłem napęcwym wewnątrz czwórna, a transadmtancję ze sterwanym źródłem prądwym. Zwąz tych własnych transmtancj z własną transmtancją napęcwą, czyl wzmcnenem napęcwym t z0 u0 u0, y0, (4.30) a pzstałe zwąz mędzy transmtancjam mżna znaleźć w tabelach w rzdz OSZACOWANIE PASMA CZĘSTOTLIWOŚCIOWEGO PACY KŁAD ład w ćwczenu jest szerpasmwy, tzn. górna częsttlwść granczna pracy f g jest znaczne węsza d dlnej częsttlwśc grancznej f d. Pwszechne przyjętym ryterum częsttlwśc grancznych jest spade przy nch mdułu transmtancj zdefnwanych dla sygnałów napęcwych lub prądwych ł 3 db w merze lgarytmcznej (tzw. ryterum 3 db), c dpwada spadw d /, czyl d ł 70,7 % wartśc w nrmalnej merze w śrdu pasma. W tych warunach, przy stałym sygnale wejścwym mc sygnału wyjścweg spada d płwy. Ne jest t ryterum bezwzględne bwązujące; np. w mernctwe pasm pracy przetwrnów pmarwych zazwyczaj defnuje sę w parcu znaczne strzejsze rytera, np. spade mdułu transmtancj d 99 % w prównanu z wartścą w śrdu pasma. Plecam samdzelne blczene w decybelach taeg spadu. Na rys. 4.3 pazan dwe pjemnśc szeregwe na drdze sygnału C C, tóre są sładnam wzmacnacza (rys.4.), ale dla ułatwena analzy wyrzucn je frmalne pza jeg zacs. Separują ne sładwe stałe mędzy źródłem sygnału, wzmacnaczem bcążenem. Będą decydwały granczenu pasma pracy d strny małych częsttlwśc. Pjemnśc bcznujące równległe d par zacsów, dpwedn C d wejścwych C d wyjścwych, są pdstawwym pjemnścam granczającym pasm pracy uładu d strny dużych częsttlwśc. Zasadnczy wład d bu tych pjemnśc w labratrum wprwadzają ncentryczne (eranwane) przewdy łączące aparaturę z uładem, aparatura, mntaż na maece. 54

55 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM Przedstawna analza dtyczy przypadu wzmacnacza pracująceg w warunach rzeczywstych, tj. zarówn g ja L są reślne, sńczne. Tym samym częsttlwśc granczne będą zdefnwane dla transmtancj napęcwej efetywnej uef. ys Czwórn zastępczy z ddanym na zewnątrz pjemnścam, decydującym paśme pracy uładu wzmacnacza WE; częsttlwścach grancznych dlnej f d górnej f g Przy małych częsttlwścach sttne są stałe czaswe na wejścu wyjścu, zwązane z pjemnścam szeregwym (ndes s d seral ): C. s C g raz s L (4.3) Te stałe czaswe wyznaczają dwe częsttlwśc charaterystyczne: f raz f. (4.3) s Dlna częsttlwść granczna uładu, zdefnwana według ryterum 3 db jest w przyblżenu równa s f d f f, (4.33) czyl jest węsza d ażdej z częsttlwśc charaterystycznych z (4.3). eatancje pjemnśc C C w zarese dużych częsttlwśc są pmjalne w prównanu z rezystancjam dpwednch cze, a zaczynają meć znaczene reatancje pjemnśc równległych C C, bcznujące wejśce wyjśce. Odpwedne stałe czaswe dla wejśca wyjśca są zdefnwane ja (ndesy p d parallel ): p raz C. C (4.34) g Te stałe czaswe wyznaczają dwe lejne częsttlwśc charaterystyczne: p f raz. f (4.35) p Górną częsttlwść granczną uładu zgdną z ryterum 3 db blcza sę z przyblżnej zależnśc p L f g (4.36) f f jest na mnejsza d ażdej z charaterystycznych z zal. (4.35). Szerść pasma uładu defnuje sę ja różncę 55

56 PIOT MADEJ f f g f d. (4.37) Za przyładwe ryterum szerpasmwśc uładu mże psłużyć warune, aby wyznaczna z zależnśc (4.37) szerść pasma była znaczne węsza d średnej arytmetycznej z częsttlwśc grancznych, c prwadz d warunu na wartśc częsttlwśc grancznych f f. (4.38) g Częsttlwść śrda pasma f m taeg szerpasmweg uładu, przy tórej jeg transmtancja raz mpedancje: wejścwa wyjścwa są rzeczywste, mże być szacwana ja średna gemetryczna z grancznych częsttlwśc, z zależnśc 3 d f f f, (4.39) m tym dładnejszej, m bardzej d sebe są ddalne częsttlwśc charaterystyczne; f d f z zależnśc (4.3) f d f z (4.35). 4.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Oblcz wartśc welśc, reślających punt pracy tranzystra uładu, tj. znacznych napęć prądów na schemace uładu, na rys. 4.. Znamnwe wartśc zaslana elementów uładu dla grupy pdan w tab. 4. raz 4., przyjmj BE = 0,65 V. B) Sprawdź warun stablnśc puntu pracy tranzystra. C) Oblcz parametry małsygnałwe w hybrydwym zastępczym uładze tranzystra. D) Oblcz z dładnych uprszcznych zależnśc parametry rbcze u0, 0,, w mdelach napęcwym prądwym wzmacnacza. Oblcz z uprszcznych zależnśc u, uef,, ef przy współpracy uładu ze źródłem sygnału bcążenem rezystancjach g, L pdanych w tab. 4.. Tab. 4.. Wartśc zaslana elementów d uładu wzmacnacza WE na tranzystrze bplarnym d g Zaslane, Numer grupy elementy E C [V] [] [] 6,8 4,7 8, 3,9 C [] 3,9,0 4,7 3,9 6,8, E [] 0,33 0,7 0,47,0 0,8 0,33 C [F] 0,33 0,33 0,33 0,0 0,0 0,33 C [F],0,0,0 0,33 0,33,0 g [] 3,3 L [] 0 56

57 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM Tab. 4.. Pdstawwe właścwśc tranzystra, tóry zastsujesz w ćwczenu Typ gólne cechy tranzystra Parametr BC548B bplarny npn mała mc CE0 [V] 30 I Cma [A] 0, jma [C] 50 P M [W] 0,6 h FE 0 [A/A] Dla neserów: E)* Oblcz stałe czaswe s cze z ndensatram szeregwym: wejścweg z C wyjścweg z C przy współpracy wzmacnacza ze źródłem sygnału bcążenem wartścach g L pdanych w tab. 4.. Oblcz z tych stałych czaswych częsttlwśc charaterystyczne f f a następne dlną częsttlwść granczną uładu f d (ryterum 3 db). F)* Oblcz stałe czaswe p cze z pjemnścam równległym: wejścweg z pjemnścą C = 5 pf równległą d g zastępczej raz wyjścweg z pjemnścą C L = 50 pf (mntaż, przyrządy z przewdam łączącym) równległą d L zastępczej przy współpracy wzmacnacza ze źródłem sygnału bcążenem wartścach rezystancj g L pdanych w tab. 4.. Oblcz z tych stałych czaswych częsttlwśc charaterystyczne f f a następne górną częsttlwść granczną uładu f g (ryterum 3 db). G)* Oszacuj częsttlwść śrda pasma uładu f m ja średną gemetryczną częsttlwśc dlnej górnej blcznych w pt. E) F). Wyn blczeń d puntów E) G) zestaw w tabel własneg prjetu CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Badana wynasz na maece Wzmacnaczy Welstpnwych, w górnej jej częśc (rys. 4.5). Tranzystr włącz w druge gnazd d lewej strny lub w statne p prawej strne Płączene uruchmene uładu wzmacnacza w uładze WE bez C E Płącz uład z rys. 4., z elementam z tab Zamast źródła sygnału włącz zwarce wejśca d masy. Sprawdź wstępne, czy napęca mają pprawne wartśc: zaslana E C z dpuszczalną dchyłą 3 %, letra C z dpuszczalną dchyłą 0 %. W raze ptrzeby sryguj C zmaną wartśc rezystrów w dzelnu d zaslana bazy. Następne zmerz wpsz d tabel (przyład tab. 4.3) cztery wartśc napęć, z tórych blczysz spad napęć prądy spczynwe. Wszyste napęca merz w stsunu d masy uładu. Ddatw mżesz zmerzyć napęce na wyjścu dzelna d zaslana bazy p wyjęcu tranzystra, c pzwl blczyć rzeczywsty prąd bazy. Należy przy tym uwzględnć rezystancję wltmerza V = 0 M pdstawć d wyprwadznych zależnśc wartśc rezystrów w uładze, zmerzne na ńcu badań. 57

58 PIOT MADEJ Tab Przyład tabel d zapsu wynów pmarów spczynweg puntu pracy wzmacnacza WE Punt Statyczny ppq, przyrząd V V = 0 M Pmary napęć Oblczena z wynów badań wag Lp. Warun E C [V] C [V] E [V] B [V] BE [V] CE [V] I C [ma] I B [A] I B [A] z T bez T ) ) ) prąd I B blczny z typ, ) pprawny prąd I B blczny z B z tranzystrem bez tranzystra Wyznaczene śrda pasma częsttlwścweg wzmacnacza suń zwarce wejśca d masy, dłącz d wzmacnacza aparaturę stswaną w badanach atywnych czwórnów sygnałem przemennym, zgdne z rys. 4.4, włącz taże rezystry: bcążający L symulujący rezystancję źródła sygnału g. Dberz ta wartść sygnału snusdalneg f Hz z generatra, aby sygnał suteczny na wyjścu wzmacnacza mał ł 0,5 V. Włącz w scylspe tryb pracy XY pasm d 0 Hz (DC na przełącznach przy bu anałach). Ta reguluj częsttlwść, aby przesunęce fazwe mędzy wyjścem wejścem był 80. O czym jeszcze śwadczy braz bserwwany na erane scylspu dcne prstej? Jest t śrde pasma uładu z transmtancją uef (b są g L ). Zapsz wartść częsttlwśc śrdwej f m, wynasz przy nej następne badana. ys ład pmarwy d badana atywnych czwórnów napęcwych, przetwarzających sygnały przemenne Wyznaczene zaresu lnwej pracy, transmtancj napęcwych, rezystancj wyjścwej wejścwej, transmtancj prądwych A) W warunach transmtancj uef (czyl z g L ) przy częsttlwśc śrdwej f m wyznacz zares lnwej pracy wzmacnacza. Wyn zapszesz d tabel, np. taej, ja tab Najprścej zrbsz t zwęszając ampltudę sygnału z generatra bserwując braz w trybe XY. Czy zabserwwany na erane braz przejścwej charaterysty uładu jest pratyczne lnwy? Pwyżej zaresu lnwej pracy pjawą sę charaterystyczne, stre załamana na ńcach tej charaterysty. 58

59 4. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE BIPOLANYM Opsz charater zneształceń charaterysty sygnału p przerczenu grancy lnwej pracy (przerysuj lub sftgrafuj), zapsz granczną suteczną wartść napęca na wyjścu dla lnwej pracy ML (tab. 4.4). Następne przy ł ½ ML zmerz napęca na wyjścu z generatra E g. Oblcz mduł transmtancj; w tym przypadu uef = /E g (dlaczeg mduł?). B) W mejsce g włącz zwrę ( g = 0 ), pzstaw nadal L ; będą t warun transmtancj u = /. Pwtórz badana z pt. A). C) Pzstaw zwrę zamast g dłącz L ( L ). Będą t teraz warun własnej transmtancj napęcwej uładu u0 = /. Pwtórz badana z pt. A). D) Z blcznych w pt. A)...C) transmtancj napęcwych blcz: zastępcze rezystancje wzmacnacza: wyjścwą z u u0, wejścwą z uef u. Aby t zrbć mussz załżyć, że badany wzmacnacz jest lnwym, unlateralnym czwórnem wyrzystać d przeształceń zależnśc mędzy jeg transmtancjam napęcwym, pdane w rzdz transmtancje prądwe 0,, ef. Wyrzystaj blczne wyżej. Tab Przyład tabel d zapsu wynów pmarów parametrów zastępczych wzmacnacza Punt Badana parametrów rbczych wzmacnacza WE bez C E przy f m = przyrządy: V, scylsp, częstścmerz... Warun znamn. Pmary Oblczena Lp. g L typ [] [] transm. ML transmtancje [V] [V] [V] z badań [V/V] [] 3,3 0 uef E g = uef = 0 0 u u = 3 0 u0 u0 = Hz, [] wag 0 = A/A, = A/A, ef = A/A Wyznaczene pasma pracy uładu; częsttlwśc grancznych dlnej górnej według ryterum 3 db w warunach uef Teg badana ne mżesz wynać wltmerzem dstępnym w labratrum, b ma n za małe pasm pmarwe przy merzenu napęć przemennych. Wyrzystasz scylsp; pnżej psan algrytm teg badana, z rezystram g L raz ddatwym bcążenem wyjśca przez mpedancje wejścwe multmetru anału nr scylspu. Wyaż sę nwencją; zaprpnuj tabelę d zapsu wynów dczytów blczeń. A) Etap perwszy. Przygtwana w śrdu pasma. W warunach transmtancj uef (z g L ) przy częsttlwśc śrdwej f m ustaw na wyjścu ł ½ ML, według wynów z tab.4.4. Przełącz funcję multmetru na wyjścu na pmar częsttlwśc. Ta dberz stałą dchylana tru Y scylspu (CH), aby braz sygnału wyjścweg na erane mał wartść mędzyszczytwą L m rzędu (40 70) mm. Sprawdź, czy pasm scylspu jest d 0 Hz przełączn wejść na DC. Zantuj wartść L m, czyl welść brazu dpwadającą masymalnej wartśc mdułu transmtancj uef, b w śrdu pasma częsttlwścweg. 59

60 PIOT MADEJ Oblcz wartść L -3dB, d tórej ma zmnejszyć sę ten braz przy częsttlwścach grancznych górnej f g dlnej f d zgdne z ryterum 3dB: L -3dB = (½) ½ L m 0,707L m. B) Etap drug. Zdążasz d górnej częsttlwśc grancznej. Ne zmenaj ampltudy sygnału wejścweg raz stałej dchylana tru Y scylspu; jest t pdstawa psywanej metdy badawczej! Zmenaj częsttlwść w górę ta dług, aż braz sygnału wyjścweg na erane zmaleje d blcznej wartśc L -3dB. W tym mmence dczytaj zapsz częsttlwść sygnału; jest t f g górna częsttlwść granczna. Odczytaj taże wymary elpsy (b B na rys. 4.4) p przełączenu scylspu w tryb pracy XY. Sprawdź w trybe pracy z lnwą pdstawą czasu, czy zmana przesunęca fazweg g względem wartśc m w śrdu pasma częsttlwścweg jest ddatna, czy ujemna prównaj z brazam na rys..4b. Oblcz całwte przesunęce fazwe g uładu przy f g. C) Etap trzec. Zdążasz d dlnej częsttlwśc grancznej. Ne zmenaj ampltudy! Pwtórz algrytm badana z puntu B), ale ze zmaną częsttlwśc w dół, celem wyznaczena dlnej częsttlwśc grancznej f d raz przesunęca fazweg d przy nej Pmar wartśc rezystrów stswanych w uładze d jeg badana Zmerz multmetrem z mżlwe ja najmnejszą nepewnścą wartśc rezystrów, tóre były włączne w uładze wzmacnacza (,, C, E ) raz dłączanych z zewnątrz ( g, L ). Dzę temu ch wartśc będą znane ze znaczne mnejszą nepewnścą nż tlerancja prducenta. Wyrzystaj te pmary w analze, np. d blczeń z badań, a taże d ewentualneg srygwana teretycznych wartśc transmtancj szacwanych przed zajęcam Pnadt w sprawzdanu mędzy nnym Spróbuj wytłumaczyć, tóre stany tranzystra są dpwedzalne za granczene lnweg zaresu charaterysty przejścwej na bu jej ńcach. Prównaj wyn blczeń teretycznych sprzed zajęć z wynam badań rzeczywsteg uładu w labratrum, zarówn parametry puntu pracy ja te najsttnejsze; parametry rbcze wzmacnacza! Sprządź zestawene prównawcze w tabel własneg prjetu. Syntetyczne prównane w tabel pzwl cenć jaść przyblżeń stswanych zależnśc teretycznych; przy frmułwanu wnsów pamętaj tlerancj wartśc rezystrów. Zwróć uwagę na t, że zmerzna częsttlwść śrdwa pasma uładu jest pratyczne równa średnej gemetrycznej z częsttlwśc grancznych dlnej górnej, a ne średnej arytmetycznej. Spróbuj uzasadnć teretyczne tą własnść. 60

61 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM Cel: Pznane właścwśc jedneg ze wzmacnających uładów na tranzystrze plwym (unplarnym). Będze t uład wspólnym źródle (WS); zapznasz sę z budwą uładu, ustalanem puntu pracy tranzystra w uładze, zastępczym parametram uładu. Pznasz metdy badana uładu ja lnweg przetwrna sygnałów przemennych raz sut współpracy uładu ze źródłem sygnału wejścweg z bcążenem wyjśca reślnych rezystancjach. 5.. WSTĘP TEOETYCZNY E D czwórn prądwy D D ut n I D D G G T I G S C czwórn napęcwy C GS S G S I S u u ys. 5.. Wzmacnacz na tranzystrze plwym, w uładze wspólnym źródle (WS), z welścam stałprądwym, reślającym punt pracy tranzystra (ppq) raz dwa schematy zastępcze, d mnmalneg psu właścwśc zmennprądwych uładu, z welścam tzw. małsygnałwym Jednym ze stswanych uładów wzmacnającym sygnały przemenne na tranzystrze plwym jest uład wspólnym źródle, tzw. WS. Jest t czwórn, w tórym S źródł tranzystra jest wspólną eletrdą dla bwdów sygnałów wejścweg wyjścweg. W ćwczenu będzesz badał uład (rys. 5.) z najprstszą wersją ustalana puntu pracy, tzw. autmatyczną plaryzacją tranzystra T za pmcą rezystra S w bwdze źródła eletrdy S tranzystra. jemna wartść spadu napęca na tym rezystrze jest pratyczne napęcem GS, decydującym prądze drenu tranzystra I D, a równcześne jest wprst prprcjnalna d prądu źródła tranzystra I S. ład jest szerpasmwy, ujemnych transmtancjach, napęcwej prądwej. Transmtancja napęcwa własna u0 wzmcnene napęcwe jest przecętne równa mnus la, rzad sąga lanaśce. ezystancja wejścwa jest bardz duża, równa w pratyce wartśc rezystra upływweg w bramce G, wsute czeg wejścwej mpedancj już w zarese nezbyt dużych częsttlwśc mże decydwać pjemnść wejścwa C (schematy zastępcze p prawej strne rys. 5.). Stsune rezystancj wejścwej d wyjścwej jest bardz duży, sąga laset d lu tysęcy, c śwadczy lepszych właścwścach uładu ja wzmacnacza napęcweg nż prądweg. Ale mm teg transmtancja prądwa własna 0 wzmcnene prądwe sąga wartśc d mnus luset d lunastu tysęcy. 6

62 PIOT MADEJ jemne sprzężene zwrtne w bwdze źródła S tranzystra sągnęte za pmcą rezystra S, przy brau bcznująceg g ndensatra C S stablzuje zarówn spczynwy punt pracy tranzystra ja transmtancje, zmnejszając znacząc wpływ nelnwśc parablcznej charaterysty przejścwej tranzystra. Nemnej ne lwduje całwce teg wpływu dlateg ta wzmacnacz mże być uznany za pracujący pratyczne lnw w zarese la razy mnejszych wartśc napęca wejścweg w prównanu z uładem WE bez C E na tranzystrze bplarnym, z pprzedneg tematu. W przypadu, gdy ne chdz prjet uładu, a jedyne blczene jeg właścwśc przy znanych wartścach elementów uładu napęca zaslana, należy zacząć d welśc reślających punt pracy (znaczene ppq ndes Q). Ptrzebne będą d teg netóre parametry tranzystra; napęce dcęca P prąd nasycena jeg anału I DSS przy zerwej plaryzacj bram GS = 0 V lub transndutancja g m w punce pracy. W ćwczenu będze prjet w szczątwej pstac; blczene wartśc rezystra S dla sągnęca wymaganej wartśc prądu drenu I DQ PNKT PACY TANZYSTOA Tranzystr plwy z zasady swej pracy jest przetwrnem wejścweg napęca na prąd drenu. D analzy statyczneg puntu pracy parametrów małsygnałwych wzmacnacza trzeba węc znać ps matematyczny zwązu mędzy tym welścam: I D = f( GS ). Jest t w tranzystrach plwych złączwych w przeważającym przedzale zależnść ptęgwa, dla bardz małych prądów przechdz w wyładnczą. Przyjmuje sę zwyle d blczeń, że w całym wyrzystywanym zarese jest t gałąź parabl: GS I DQ I DSS, (5.) P gdze I DSS t granczna wartść prądu drenu przy zerwej plaryzacj brama-źródł GS = 0 V a P GSff t wartść tzw. napęca dcęca brama-źródł, przy tórej prąd drenu I D pratyczne zana. Prducenc tranzystrów pdają wartść P przy I D rzędu ( 00) na. Transndutancja tranzystra g m jest welścą psującą przetwarzane przez neg sygnału. Jest na stsunem newelch zman prądu drenu I D d wywłujących je newelch zman napęca brama-źródł GS, zależy d płżena puntu pracy Q tranzystra przy przyjęcu za bwązującą zależnśc (5.) będze pratyczne lnwą funcją napęca GSQ : g m I D GS I D I DSS GSQ I DQI DSS ppq GS P (5.) P P mżna zdefnwać g m I DSS 0 gm przy GSQ0V, (5.3) P GSQ I DQ teraz gm gm0 gm0. (5.4) P I DSS W przypadu plweg tranzystra złączweg z anałem przewdnctwe n (ta będze stswany w ćwczenu, rys. 5.) złącze brama-anał zawsze jest zatane, napęca P GSQ są ujemne, a pzstałe welśc znaczne na rys. 5. są ddatne. 6

63 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM Jeżel analzę trzeba wynać dla tranzystra z anałem p, zna wszystch welśc należy zmenć na przecwne. Zaprpnwany w ćwczenu najprstszy spsób wymuszena reślneg puntu pracy tranzystra w uładze wymaga blczena ptrzebneg rezystra S z zależnśc, d tórych pdstawa sę wymaganą, znaną wartść prądu drenu lub napęca bramaźródł w ppq: I DQ P GSQ P S. (5.5) I DQ I DSS I DSS P GSQ Nec węcej blczeń wymaga przypade, gdy dana jest wartść S, a trzeba blczyć, ja punt pracy na wymusza: I DQ, GSQ. Trzeba wtedy znaleźć perwast równana wadratweg w jednej z pnższych pstac, przy czym należy brać pd uwagę tyl ddatne wartśc perwastów, mnejsze d : S I DSS P S I DSS P 0, gdze I I DQ DSS, (5.6) lub P GSQ 0, gdze. S I (5.7) DSS P Oblczena byłyby łatwejsze, gdyby wraz z S była jeszcze znana transndutancja g m. Wtedy z przeształcnej zależnśc (5.) mżna blczyć jedną z welśc reślających punt pracy, np. I DQ a prsta zależnść wąże ją z drugą welścą, napęcem GSQ : gm P g m GSQ P P, (5.8) I DSS gm0 lub gm P g m I DQ I DSS, 4 (5.9) I DSS gm0 SQ GSQ gdy I GQ 0 A, t I DQ I SQ. (5.0) Pzstały jeszcze d blczena dwa napęca; drenu względem masy DQ spade napęca na anale tranzystra czyl mędzy drenem źródłem DSQ : S S DQ E I, (5.) D DQ D DSQ I DQ E GQ SQ I E ( DQ 0A D DQ D S D I D ). I SQ S (5.) Napęce na anale tranzystra pwnn spełnć warune, tóry gwarantuje pracę tranzystra w pżądanym dla wzmacnacza zarese charaterysty wyjścwych (pdstawaj wartśc z dpwednm znaam!): 63

64 PIOT MADEJ DSQ. (5.3) GSQ P 5... SCHEMAT ZASTĘPCZY TANZYSTOA, PAAMETY MAŁOSYGNAŁOWE WZMACNIACZA Dąży sę d stswana ja najprstszeg mdelu wzmacnacza czwórna atywneg. Ta mdel w pstac schematu zastępczeg, lnweg unlateralneg (jednerunweg uładu) zawera tyl trzy stałe elementy: mpedancje wejścwą wyjścwą raz transmtancję sygnału. W śrdu częsttlwścweg pasma pracy uładu mpedancje reduują sę d rezystancj a transmtancja ma wartść rzeczywstą. Wsazów c d metdy twrzena schematu zastępczeg dla sygnałów przemennych pdan w rzdzale 4... Dalsze uwag w tym pdrzdzale dtyczą uładu z tranzystrem plwym małej mcy. ys. 5.. Lnwe schematy zastępcze tranzystra plweg: a) pełny, b) zawerający tyl elementy sttne dla analzy wzmacnacza WS w paśme małych częsttlwśc us = us G D Cgs gmugs rds ys Wzmacnacz WS sterwany ze źródła e g rezystancj g bcążny na wyjścu rezystancją L, schemat zastępczy dla małych sygnałów przemennych (napęć, prądów), znacznych małym lteram Specyfą schematu zastępczeg tranzystra plweg (rys. 5.) jest bardz duża rezystancja dynamczna zataneg złącza brama-anał r gs rzędu G tórą ze wzrstem częsttlwśc sygnału suteczne bcznuje reatancja pjemnśc zastępczej C gs rzędu lu pf. Pnadt pjemnść brama-dren C gd (ł pf) przez tzw. efet Mllera zwęsza zauważalne zastępczą pjemnść wejścwą uładu WS. Charaterystyczna dla teg tranzystra jest transmtancja admtancyjna znaczna g m, psująca właścwśc sterwaneg źródła prądweg w schematach zastępczych na rys. 5.. Jej wartść rzędu pjedynczych ms zależy d puntu pracy tranzystra patrz zależnśc (5.)...(5.4). Od strny wyjśca pmja sę zwyle pjemnść dren- 64

65 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM źródł C ds (la pf) a czasam taże dynamczną rezystancję r ds rzędu ludzesęcu. Jest t mżlwe gdy w uładze z rys. 5. rezystr D jest rzędu lu. W centrum schematu zastępczeg całeg wzmacnacza na rysunu 5.3 jest schemat zastępczy tranzystra w uładze wspólneg źródła (WS), w pstac czwórna ńcówach: bramce G, drene D wspólnej źródle S. Zawera n mnmalną lczbę elementów ptrzebnych d psu właścwśc tranzystra dla newelch sygnałów. Pza nm są we wzmacnaczu trzy rezystry: G upływwy bram, S plaryzujący tranzystr wprwadzający ujemne sprzężene zwrtne, D zamenający zmany prądu drenu na zmany napęca wyjścweg. Od schematu z rys. 5.3 należy przejść d schematów p prawej strne rys. 5.. Elementy na nch t parametry małsygnałwe wzmacnacza WS bez ndensatra C S bcznująceg rezystr S : Cgs G, C Cmn Cgd u, (5.4) g m S Y jc, (5.5) Z G 0 u0, (5.6) D gmd D, (5.7) g ms S g gm Z gmg G. (5.8) g ma ms gms S g Perwszy sładn C mn w zależnśc (5.4) symblzuje ddatwy wpływ pjemnśc mntażu uładu, wartśc nawet d lunastu pf. Pjawające sę w tej zależnśc wzmcnene u, przy nretnym bcążenu wyjśca, śwadczy resztwym ddzaływanu wstecznym w uładze. Malene rezystancj bcążena L spwduje malene wzmcnena napęcweg u, a t zmnejszy wejścwą pjemnść C według zależnśc (5.4), tym samym ddatw zwęszy transmtancję prądwą wzmcnene prądwe: m S m S 0 L g g m m S G jc L. (5.9) W zańczenu teg pdrzdzału zameszczn pwtórne (ta ja w rzdz. 4..) zależnśc bwązujące przy współpracy czwórna z nedealnym: generatrem sygnału rezystancj g, bcążenem wyjśca rezystancj L. Zwąze mędzy pdstawwym transmtancjam dla lnweg, unlateralneg czwórna w śrdu pasma częsttlwścweg 0 u0, (5.0) 65

66 PIOT MADEJ 66 przy czym transmtancja własna napęcwa u0 jest zdefnwana przy g = 0 L, a własna prądwa 0 przy g L = 0. W rzeczywstych, nedealnych warunach pracy wartść transmtancj zależy taże d rezystancj bcążena wyjśca L zastępczej rezystancj źródła wejścweg sygnału g ; spwdują ne pdzał sygnału, a węc zmnejszene transmtancj. Przy dwlnej rezystancj L dzeln napęca na wyjścu daje L L u u u u 0, (5.) dzeln prądu na wyjścu daje L 0 (5.) raz przy dwlnej rezystancj g dzeln napęca na wejścu daje u g g g u u u e u e u ef, (5.3) dzeln prądu na wejścu daje g g g g ef. (5.4) Mędzy transmtancjam teg sameg czwórna występują jeszcze zależnśc:,, ef ef L g u L u (5.5). raz ef 0 ef 0 u u u (5.6) Mżna jeszcze dla teg sameg czwórna frmalne zdefnwać dwa typy transmtancj, gdy wyberze sę różne typy sygnałów na wejścu wyjścu. Będą t welśc wymarwe. Jedną jest tzw. transmpedancja, czyl transmtancja mpedancyjna, w mach gdy defnuje sę na wejścu sygnał prądwy a na wyjścu napęcwy,, ef 0 0 z g g g z z L L z z u u L (5.7) raz tzw. transadmtancja, czyl transmtancja admtancyjna, w smensach gdy defnuje sę na wejścu sygnał napęcwy a na wyjścu prądwy., ef y g g y y L y y e u L (5.8) Transmpedancję z defnuje sę przy schemace zastępczym ze sterwanym źródłem napęcwym wewnątrz czwórna, a transadmtancję y ze sterwanym źródłem prądwym prównaj z rys. 5.. Zwąz tych własnych transmtancj z własną transmtancją napęcwą, czyl wzmcnenem napęcwym t

67 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM z0 u0 u0, y0, (5.9) a pzstałe zwąz mędzy transmtancjam mżna znaleźć w tabelach w Ddatu (rzdz. 5.) OSZACOWANIE PASMA CZĘSTOTLIWOŚCIOWEGO PACY KŁAD ład WS z rys. 5. jest szerpasmwy, tzn. górna częsttlwść granczna f g pracy jest znaczne węsza d dlnej częsttlwśc grancznej f d. Stswanym ryterum częsttlwśc grancznych jest spade przy nch mdułu transmtancj dla napęć lub prądów ł 3 db w merze lgarytmcznej (tzw. ryterum 3 db), c dpwada w nrmalnej merze spadw d / czyl d 70,7 % wartśc w śrdu pasma. Oznacza t spade mcy sygnału wyjścweg d płwy przy stałym sygnale wejścwym. ys Czwórn zastępczy z ddanym na zewnątrz pjemnścam, decydującym paśme pracy uładu wzmacnacza WS; częsttlwścach grancznych: dlnej f d górnej f g Na rys. 5.4 pazan dwe pjemnśc ze wzmacnacza, szeregwe na drdze sygnału C C (patrz taże rys. 5.). Dla ułatwena analzy wyrzucn je tutaj pza zacs uładu. Separują ne sładwe stałe mędzy generatrem, wzmacnaczem bcążenem. Decydują węc granczenu pasma pracy d strny małych częsttlwśc. Pjemnśc bcznujące, równległe d par zacsów, C d wejścwych C L d wyjścwych, granczają pasm pracy uładu d strny dużych częsttlwśc. Zasadnczy wład d tych pjemnśc wprwadzają w labratrum ncentryczne (eranwane) przewdy łączące aparaturę z uładem, aparatura, pjemnść wejścwa wzmacnacza. Pazana tutaj analza dtyczy przypadu wzmacnacza pracująceg w warunach rzeczywstych, a ne dealnych napęcwych, tj. zarówn g ja L są reślne, sńczne. Tym samym częsttlwśc granczne będą zdefnwane dla transmtancj napęcwej efetywnej uef. Przy małych częsttlwścach sttne są stałe czaswe na wejścu wyjścu, zwązane z pjemnścam szeregwym (ndes s d seral ): C. s C g raz s L (5.30) Wyznaczają ne dwe częsttlwśc charaterystyczne: f raz f. (5.3) s Dlna częsttlwść granczna uładu, zdefnwana ja tzw. 3 db f d s f f, (5.3) 67

68 PIOT MADEJ jest węsza d ażdej z częsttlwśc charaterystycznych z zal. (5.3). eatancje pjemnśc C C w zarese węszych częsttlwśc są pmjalne w prównanu z rezystancjam dpwednch cze, a zaczynają meć znaczene reatancje pjemnśc równległych C C L, bcznujące wejśce wyjśce. Stałe czaswe dla wejśca wyjśca są zdefnwane ja (ndesy p d parallel ): p raz C. C (5.33) g Te stałe czaswe wyznaczają dwe lejne częsttlwśc charaterystyczne: p f raz. f (5.34) p Górną częsttlwść granczną uładu, zdefnwaną ja tzw. 3dB blcza sę z przyblżnej zależnśc L p L f g ; (5.35) f f jest na mnejsza d ażdej z charaterystycznych częsttlwśc z (5.34). Szerść pasma uładu defnuje sę ja różncę f f g f d. (5.36) Za przyładwe ryterum szerpasmwśc uładu mże psłużyć warune, aby wyznaczna w (5.36) szerść pasma była znaczne węsza d średnej arytmetycznej z częsttlwśc grancznych, c prwadz d warunu na wartśc częsttlwśc grancznych f f. (5.37) g Częsttlwść śrda pasma f m taeg szerpasmweg uładu, przy tórej jeg transmtancja raz mpedancje wejścwa wyjścwa są rzeczywste, mże być szacwana ja średna gemetryczna z grancznych częsttlwśc dlnej górnej, z zależnśc 3 d f f f, (5.38) m tym dładnejszej, m bardzej ddalne są d sebe częsttlwśc charaterystyczne; f d f w zależnścach (5.3) f d f w (5.34). d g 68

69 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM 5.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Oblcz wartść rezystra S, tóra zapewn żądaną w tab. 5. wartść prądu drenu. D blczeń przyjmj typwe wartśc parametrów tranzystra: I DSS P z tab. 5.. B) Oblcz następne wartśc welśc, reślających punt pracy tranzystra uładu (ndes Q), tj. znacznych na schemace uładu z rys. 5. napęć prądów: SQ, GSQ, DQ, I DQ, I SQ, przyjmj I G 0 A. Znamnwe wartśc zaslana elementów uładu dla grupy pdan w tab. 5.. C) Sprawdź, czy tranzystr będze pracwał w tzw. zarese pentdwym rdzny charaterysty wyjścwych w uładze WS, tj. czy: DSQ > GSQ P. Tab. 5.. Wartśc zaslana, prądu drenu elementów d wzmacnacza WS na tranzystrze unplarnym Zaslane, Numer grupy prąd drenu, elementy E D [V] I DQ [ma] 0,84 4,8 0,60,5 0,60 3,6 G [M],,0 0,68 4,7,0, D [] 8,8 7 6,8 8, C [nf] 0 3,3 0 3,3 0 3,3 C [F] 0,,0 0, 0,33 0,33,0 g [] 330 L [] 39 4, ,7 D) Oblcz transndutancję tranzystra g m. E) Oblcz parametry rbcze u0, 0,, w mdelach napęcwym prądwym wzmacnacza. Oblcz taże transmtancje u, uef,, ef przy współpracy uładu ze źródłem sygnału bcążenem rezystancjach g, L pdanych w tab. 5.. Tab. 5.. Pdstawwe właścwśc tranzystra, tóry zastsujesz w ćwczenu Typ gólne cechy tranzystra Parametr N446 plwy złączwy z anałem n, mała mc DSma [V] 30 I Dma [ma] 5 jma [C] 00 P M [W] 0,3 P [V] (,6 3,), typ.,8 I DSS [ma] 6 0, typ. 7,0 Dla neserów: F)* Oblcz stałe czaswe s, s cze z ndensatram szeregwym (rys. 5.4): wejścweg z C wyjścweg z C przy współpracy wzmacnacza napęcweg ze źródłem sygnału bcążenem rezystancjach g L pdanych w tab

70 PIOT MADEJ Oblcz z tych stałych czaswych częsttlwśc charaterystyczne a następne dlną częsttlwść granczną f d uładu transmtancj uef. G)* Oblcz stałe czaswe p, p cze z pjemnścam równległym (rys. 5.4): wejścweg z pjemnścą C = 30 pf równległą d g zastępczej raz wyjścweg z pjemnścą C L = 50 pf (mntaż, przyrządy z przewdam łączącym) równległą d L zastępczej przy współpracy wzmacnacza napęcweg ze źródłem sygnału bcążenem rezystancjach g L pdanych w tab. 5.. Oblcz z tych stałych czaswych częsttlwśc charaterystyczne a następne górną częsttlwść granczną f g uładu transmtancj uef. H)* Oszacuj częsttlwść śrda pasma uładu f m ja średną gemetryczną częsttlwśc dlnej górnej blcznych w pt. F) G) CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Badana wynasz na maece Wzmacnaczy Welstpnwych (rys. 4.5), w górnej jej częśc. Tranzystr włącz w perwsze gnazd d lewej strny Płączene uruchmene uładu wzmacnacza w uładze WS bez C S Płącz uład z rys. 5., z elementam z tab Zamast źródła sygnału włącz zwarce wejśca d masy. Sprawdź wstępne, czy napęca mają pprawne wartśc: zaslana E D z dpuszczalną dchyłą 3 %, drenu D z dpuszczalną dchyłą 30 % raz G dpuszczalnej wartśc d 0 mv. Zbyt duża wartść teg statneg znacza zwęszny prąd upływu bram I G, c mże śwadczyć uszdzenu tranzystra. W raze ptrzeby sryguj D zmaną wartśc rezystra S. Następne zmerz wpsz d tabel (przyład tab. 5.3) cztery wartśc napęć, z tórych blczysz spad napęć prądy spczynwe. Przy blczanu I G uwzględnj V = 0 M. Tab Przyład tabel d zapsu wynów pmarów spczynweg puntu pracy wzmacnacza WS Punt Statyczny ppq, przyrząd V V = 0 M. Pmary napęć Oblczena wag E D [V] D [V] S [V] G [V] GS [V] DS [V] I D [ma] I G [na] ys ład pmarwy d badana atywnych czwórnów napęcwych, przetwarzających sygnały przemenne 70

71 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM Wyznaczene śrda pasma częsttlwścweg wzmacnacza suń zwarce wejśca d masy, dłącz d wzmacnacza aparaturę stswaną w badanach atywnych czwórnów sygnałem przemennym, wg rys. 5.5, włącz taże rezystry: bcążający L symulujący rezystancję źródła sygnału g. staw przełączn na wejścach bu anałów scylspu w pzycj DC (pasm d 0 Hz). Dberz ta ampltudę sygnału snusdalneg f Hz z generatra, aby sygnał na wyjścu wzmacnacza mał wartść suteczną ł 0,5 V. Włącz w scylspe tryb pracy XY ta reguluj częsttlwść, aby przesunęce fazwe mędzy wyjścem wejścem był 80. Jest t śrde pasma uładu w warunach transmtancj uef (b są g L ). Zapsz wartść częsttlwśc śrdwej f m, wynasz przy nej następne badana Wyznaczene zaresu lnwej pracy, transmtancj napęcwych, rezystancj wyjścwej wejścwej, transmtancj prądwych A) W warunach transmtancj uef (czyl z g L ) przy częsttlwśc śrdwej f m wyznacz zares lnwej pracy wzmacnacza. Zaps wynów d tabel 5.4. Najprścej zrbsz t zwęszając ampltudę sygnału z generatra bserwując braz na erane scylspu w trybe XY. Czy zabserwwany na erane braz przejścwej charaterysty uładu jest pratyczne lnwy? Zapewne zauważysz wyraźne zarąglene charaterysty przejścwej jeszcze przed pjawenem sę zdecydwanych załamań na jej ńcach. Jest t sute ne całwteg wyelmnwana przez ujemne sprzężene zwrtne nelnwśc charaterysty przejścwej sameg tranzystra, tóra jest przeceż rzywą drugeg stpna! Opsz charater zneształceń nelnwych pwyżej zaresu lnwej pracy (przerysuj lub sftgrafuj), zapsz granczną suteczną wartść napęca na wyjścu dla subetywne reślneg zaresu lnwej pracy ML. Przy ł ½ ML zmerz napęca na wyjścu wejścu E g (przed g ), wyn zapsz d tabel. Oblcz mduł transmtancj; w tym przypadu uef = /E g. B) W mejsce g włącz zwrę ( g = 0 ), pzstaw nadal L ; będą t warun transmtancj u = /. Pwtórz badana z pt. A), wyn wpsz d tab Tab Przyład tabel d zapsu wynów pmarów parametrów zastępczych wzmacnacza Punt Badana parametrów rbczych wzmacnacza WS bez C S przy f m = przyrząd V Warun znamn. Pmary Oblczena Lp. g L typ [] [] transm. ML transmtancje [V] [V] [V] z badań [V/V] [] uef E g = uef = 0 u u = 3 0 u0 u0 = Hz, [] wag 0 = A/A, = A/A, ef = A/A 7

72 PIOT MADEJ C) Pzstaw zwrę zamast g dłącz L ( L ). Będą t teraz warun własnej transmtancj napęcwej uładu u0 = /. Pwtórz badana z pt. A), wyn wpsz d tab D) Z blcznych w pt. A)...C) transmtancj napęcwych uef, u u0 blcz: zastępcze rezystancje wzmacnacza: wyjścwą z u u0, wejścwą z uef u. Aby t zrbć załóż, że badany wzmacnacz jest lnwym, unlateralnym czwórnem wyrzystaj d przeształceń zależnśc mędzy jeg transmtancjam napęcwym, pdane w pdrzdzale 5... transmtancje prądwe 0,, ef. Wyrzystaj blczne wyżej Wyznaczene pasma pracy uładu; częsttlwśc grancznych dlnej górnej według ryterum 3 db Teg badana ne mżesz wynać wltmerzem dstępnym w labratrum, b ma n za małe pasm pmarwe przy merzenu napęć przemennych. Wyrzystasz scylsp; pnżej psan algrytm teg badana, z rezystram g L raz ddatwym bcążenem wyjśca przez mpedancje wejścwe multmetru anału nr scylspu. A) Etap perwszy. Przygtwana w śrdu pasma. W warunach transmtancj uef (z g L ) przy częsttlwśc śrdwej f m ustaw na wyjścu ł ½ ML, zgdne z zapsam w tab Przełącz funcję multmetru na wyjścu na pmar częsttlwśc. Czy przełączn bu anałów są w pzycj DC? Ta dberz stałą dchylana tru Y scylspu w anale (CH), aby braz sygnału wyjścweg na erane mał wartść mędzyszczytwą L m rzędu (40 70) mm. Zantuj wartść L m, czyl welść brazu dpwadającą masymalnej wartśc mdułu transmtancj uef, b w śrdu pasma częsttlwścweg. Oblcz wartść L -3dB, d tórej ma zmnejszyć sę ten braz przy częsttlwścach grancznych górnej f g dlnej f d zgdne z ryterum 3dB: L -3dB = (½) ½ L m 0,707L m. B) Etap drug. Zdążasz d górnej częsttlwśc grancznej. Ne zmenaj ampltudy sygnału wejścweg stałej dchylana tru Y; jest t pdstawa psywanej metdy badawczej! Zmenaj częsttlwść w górę ta dług, aż braz sygnału wyjścweg na erane zmaleje d blcznej wartśc L -3dB. W tym mmence dczytaj zapsz częsttlwść sygnału; jest t f g górna częsttlwść granczna. Odczytaj taże wymary elpsy (b B na rys. 5.5) p przełączenu scylspu w tryb pracy XY. Sprawdź w trybe pracy z lnwą pdstawą czasu, czy zmana przesunęca fazweg g względem wartśc m w śrdu pasma częsttlwścweg jest ddatna, czy ujemna patrz rys..4b. W sprawzdanu blcz całwte przesunęce fazwe g uładu przy f g. C) Etap trzec. Zdążasz d dlnej częsttlwśc grancznej. Ne zmenaj ampltudy! Pwtórz algrytm badana z puntu B), ale ze zmaną częsttlwśc w dół, celem wyznaczena dlnej częsttlwśc grancznej f d raz przesunęca fazweg d przy nej. 7

73 5. LINIOWY PZETWONIK SYGNAŁ NA TANZYSTOZE POLOWYM Pmar wartśc rezystrów stswanych w uładze d jeg badana Zmerz multmetrem z mżlwe ja najmnejszą nepewnścą wartśc rezystrów, tóre były włączne w uładze wzmacnacza ( G, D, S ) raz dłączanych z zewnątrz ( g, L ). Dzę temu będą ne znane ze znaczne mnejszą nepewnścą nż tlerancja ch wartśc. Wyrzystaj te wartśc d blczeń, np. pprawnych teretycznych transmtancj, rezystancj wejścwej wyjścwej z badań td Pnadt w sprawzdanu mędzy nnym Spróbuj wytłumaczyć, tóre stany tranzystra są dpwedzalne za granczene zaresu lnwej pracy na ńcach charaterysty przejścwej. Prównaj wyn blczeń teretycznych sprzed zajęć z wynam badań rzeczywsteg uładu w labratrum, najsttnejsze są parametry rbcze wzmacnacza! Prównawcze zestawene przedstaw w frme pracwanej przez sebe tabel. Pzwl t na cenę stpna przyblżeń stswanych zależnśc teretycznych. Zwróć uwagę, że zmerzna częsttlwść śrdwa pasma uładu jest pratyczne równa średnej gemetrycznej z częsttlwśc grancznych dlnej górnej, a ne średnej arytmetycznej. Spróbuj uzasadnć tą właścwść. Przy frmułwanu wnsów pamętaj tlerancj wartśc użytych rezystrów lub nedładnścach: pmarów ch wartśc, pmarów wartśc napęć w uładze. 73

74

75 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO Cel: Pznane specyf stswana wzmacnacza peracyjneg (WO) raz wartśc jeg parametrów. Zaslane WO, pętle sprzężena zwrtneg wyznaczające typ wynweg przetwrna sygnałów, najprstsze ułady pracy WO metdy ch badana. W ćwczenu zastsujesz unwersalny WO typu A74, plsa wersja t LY774N, znamnwe zaslane (supply) sup 5 V. Prwadzący zajęca mże plecć wynane prgramu dśwadczalneg na nnym WO, np. typu OP07 lub TL08. Parametry wymennych WO pdan w tab. 6. na ńcu rzdzału. 6.. WSTĘP TEOETYCZNY Współcześne najbardzej unwersalnym uładem atywnym jest scalny, mnltyczny wzmacnacz peracyjny srót WO (w j.ang. OPAMP peratnal amplfer). Pdstawwe cechy węszśc typów WO t: różncwe wejśce pjedyncze nesymetryczne wyjśce, bardz duże wzmcnene napęcwe różncwe (ndes d dfferental), rzędu (50 000) V/mV małe wspólne (ndes c cmmn), rzędu (0, la) V/V c pwduje, że parametr reślający jaść WO ja wzmacnacza różncweg, CM współczynn tłumena sygnału wspólneg, jest rzędu , w merze lgarytmcznej (90 0) db, praca z sygnałam d pratyczne zerwej częsttlwśc (DC), szer zares dpuszczalnych napęć zaslana, np. (3 8) V, pratyczne znmy prąd wejścwy, zwyle pnżej ludzesęcu nanamperów, a nawet rzędu ułamów pampera w netórych typach WO, rezystancje wejścwe (różncwa wspólna) pwyżej M, a nawet rzędu teramów (0 ), rezystancja wyjścwa rzędu (50 50), stałść lczynu: wzmcnene uładu na WO razy górna częsttlwść granczna pasma pracy uładu, najczęścej rzędu ( la) MHz V/V. Dzę temu za pmcą WO mżna łatw zbudwać szereg różnych uładów, stsując w węszśc przypadów najprstsze metdy analzy. Na rys.6. jest pełny schemat uładu z WO, z bwdam zaslana, zerwanem, znaczenam welśc, numeram nóże WO. Zazwyczaj pmja sę część z nch na uprszcznych schematach uładów, ja na następnych rysunach TANSMITANCJA KŁAD W WANKACH IDEALNYCH Funcję uładu na WO defnuje rdzaj zapętej wół neg pętl sprzężena zwrtneg. W przyładze na rys. 6. jest t pętla ujemneg sprzężena zwrtneg (SZ), zrealzwana za pmcą mpedancj Z Z. W gólnym przypadu w uładze mgą być mpedancje, ja na rysunu, c pzwala ształtwać charaterystyę częsttlwścwą, ja np. w fltrach. Mgą być taże stswane elementy nelnwe, ja np. ddy, celem ształtwana nnej charaterysty przejścwej, różnej d dcna prstej, ja np. w przetwrnu lgarytmującym (patrz rzdz. 9). 75

76 PIOT MADEJ ys. 6.. ład aplacyjny (wzmacnacz różncwy) ze wzmacnaczem peracyjnym (WO) dwma sygnałam wejścwym, zaznaczn bwdy zaslana mpensacj nezrównważena We wstępnej, uprszcznej analze uładu, np. taeg, ja na rys. 6. dealzuje sę wzmacnacz peracyjny, przyjmując: wzmcnene różncwe przy f 0 Hz w twartej pętl sprzężena A V0 ud (f = 0) V/V (w uładach z WO używa sę, za prducentam WO znaczene A na transmtancję napęcwą, tj. wzmcnene w j.ang. amplfcatn) czyl wejścwe napęce różncwe dwo 0 V, bra przepływu prądu w wejścach WO, wyjścwa rezystancja WO pratyczne 0. Pzwala t bardz uprścć zaps równań w przypadu uładu z rys. 6. będą t: n Z 4 3 n, (6.) Z Z 3 4 n Z n Z Z. (6.) Z Z Z Z P prównanu (6.) (6.), przeształcenach raz spełnenu warunu symetr: Z Z 4 Z Z n n n n. (6.3) Z 4 Z Z Z 3 Z 4 Z Z Stsune mpedancj Z d Z jest transmtancją napęcwą różncwym wzmcnenem uładu z rys. 6.: A udf Z 3 Z Z udf. (6.4) Z Indes f w zapse transmtancj wsazuje, że dtyczy na uładu z zamnętą pętlą sprzężena zwrtneg (feedbac w j.ang.). Jeżel w uładze z rys. 6. usune sę źródł sygnału n zastępując je zwrą raz usune dzeln Z 3 Z 4, dłączając źródł n+ wprst d wejśca 3 WO, ujemne sprzężene zwrtne (SZ) będze napęcw-szeregwe; trzyma sę napęcwy wzmacnacz nedwracający, czyl ddatnej transmtancj, w szczególnśc rzeczywstej, jeżel zamast mpedancj będą rezystancje (rys. 6.b): 76

77 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO A uf Z uf. (6.5) Z rezystry Jeżel w tam uładze dłączy sę gałąź a zastąp zwrą, trzyma sę uład wtórna napęcweg, tj. wzmacnacza ddatnm, jednstwym wzmcnenu napęcwym (rys. 6.a); w zależnśc (6.5) pzstane tyl. ys. 6.. łady najprstszych, pdstawwych uładów napęcwych na WO: a) wtórna, b) wzmacnacza nedwracająceg Z le usunęce z uładu na rys. 6. źródła n+ raz dzelna Z 3 Z 4 płączene wejśca 3 WO bezpśredn z masą (SZ napęcw-równległe z przetwarzanem wejścweg napęca na wejścwy prąd za pmcą Z ) da napęcwy wzmacnacz dwracający (sygnał wejścwy t n ), czyl ujemnej transmtancj, rzeczywstej jeżel użyje sę rezystrów (zal. (6.6)). Będze n badany w następnym ćwczenu, A uf Z uf. (6.6) Z rezystry nwersalnść wzmacnacza peracyjneg plega właśne na prstce nfgurwana uładu pżądanej transmtancj, przez nesmplwane dłączene d WO lu bernych elementów, decydujących w pratyce jaśc uładu, tj. m.n. dładnśc wynwej transmtancj jej dprnśc na wpływy zewnętrzne. W następnych rzdzałach tematach labratryjnych będą taże ułady nnych transmtancjach: napęcwej zesplnej (uład seletywny), transadmtancj (przetwrn napęce na prąd), nelnwej (uład lgarytmujący) NIEZÓWNOWAŻENIE KŁAD I JEGO KOMPENSACJA Jeżel uład na WO ma pasm pracy d zera herców, ja np. uład z rys. 6.b, wpływ na dładnść jeg pracy mgą meć parametry WO, zdefnwane na wejścu: zastępcze wejścwe napęce nezrównważena, wejścwe prądy plaryzacj bu wejść I b+ I b. W efece charaterystya przejścwa uładu, np. wzmacnacza nedwracająceg ne będze przechdzła przez pcząte uładu współrzędnych; pwstane tzw. błąd zera, czyl przy wejścwym zerwym sygnale (wejśce napęcwe zwarte z masą, rys. 6.3) na wyjścu ne będze zer, a wyjścwe napęce nezrównważena : 3I b Ib. (6.7) Mżna zmnejszyć wpływ prądów plaryzacj I b na wyjścwe napęce nezrównważena, stsując ja na rys. 6.b 6.3 rezystr 3 wartśc równej równległemu płączenu z : 77

78 PIOT MADEJ. 3 Ib Ib (6.8) Teraz w zależnśc jest różnca prądów plaryzacj, la razy mnejsza d prądów plaryzacj w standardwych precyzyjnych wzmacnaczach peracyjnych. Jej mduł zwany jest wejścwym prądem nezrównważena I I b+ I b. ys Kmpensacja nezrównważena uładu lwdacja błędu zera za pmcą, ppularne zwana zerwanem, uwaga: d netórych typów WO przyłącza sę p strne ddatneg zaslana! Za pmcą ptencjmetru w uładze z rys. 6.3 lub 6. (źródła sygnału muszą być w tym mmence zastąpne zwram) ustala sę na wyjścu napęce mżlwe blse zera. Tae zerwane jest dtąd suteczne, pó ne zmeną sę wartśc welśc wpływających na nezrównważene, np. temperatura tczena, zaslane uładu, rezystry w uładze WPŁYW SKOŃCZONEGO WZMOCNIENIA WO, EZYSTANCJE WYJŚCIOWA I WEJŚCIOWA KŁAD Błąd względny napęcweg wzmcnena uładu uf, spwdwany sńczną wartścą różncweg wzmcnena A V0 WO jest prprcjnalny d wzmcnena uładu w przyblżenu jest równy: uf AV 0 00 %. (6.9) uf A V 0 We wzmacnaczu nedwracającym wtórnu będze t: AV 0 00 % 00 %. (6.0) uf A wtórn A V 0 Sńczne wzmcnene A V0 wzmacnacza peracyjneg ma taże wpływ na zastępczą rezystancję wyjścwą f uładu z zamnętą pętlą sprzężena zwrtneg (rys. 6.). Maleje na welrtne w stsunu d rezystancj sameg WO w uładach wzmacnaczy napęcwych. Dla uładu nedwracająceg wtórna będze t: f V 0 uf. (6.) A A wtórn A V 0 V 0 V 0 78

79 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO Zastępcza rezystancja wejścwa uładu napęcweg wzmacnacza nedwracająceg raz wtórna f jest bardz duża; częst nazywa sę je uładam z wejścem eletrmetrycznym (rys. 6.). W zależnśc (6.) występują rezystancje wejścwe WO: dla sygnału różncweg d (pmędzy wejścam), dla sygnału wspólneg c (z wejść d masy) z reguły dwa d trzy rzędy węsza d d : f d AV 0 c 0. wtórn c d AV c (6.) uf WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNE KŁAD, PAAMET S I GÓNA CZĘSTOTLIWOŚĆ GANICZNA Wzmacnane szybch sygnałów, rótch czasach trwana zbczy, dużych częsttlwścach sładnów jest granczne dwma welścam charateryzującym rzeczywsty WO. Perwsza t granczna szybść zmany napęca na wyjścu u, znaczana S (Slew ate w j.ang.), zdefnwana przy przesterwanu uładu wejścwą falą prstątną, na wyjścu jest w tym przypadu fala trapezwa, ja na rys. 6.9: u u S. (6.3) t t ma Prducenc wzmacnaczy peracyjnych pdają w atalgu mnmalną dpuszczalną wartść teg parametru w [V/s], przyłady pdan w tab. 6.. W pratyce wartść teg parametru jest taa sama taże dla uładu, w tórym pracuje WO pd warunem, że wyjśce ne jest bcążne pjemnścą raz pętla sprzężena zwrtneg zawera tyl rezystry. Parametr S wpływa taże na falę snusdalną dużej częsttlwśc ampltudze. Taa fala ma masymalną szybść zmany przy przejścu przez zer: chwlwe wartśc na wyjścu u t snt, m ma (6.4) u szybść zmany cst. t m ma m (6.5) Jeżel ten parametr fal jest zbyt bls S uładu, np. tyl parę razy mnejszy, zaczynają pjawać sę zneształcena sygnału, najperw przy przejścu przez zer, w frme mnejszeg nachylena przebegu. Krańcw snus przeształca sę w trójąt. Mżna przyjąć warune (6.6) dla uładów mnejszej dładnśc. Jeg spełnene da zmanę nachylena snusa w zerze ne węszą d ł 5 %: S 3 m. (6.6) Pdbny warune mżna sfrmułwać dla dtwrzena na wyjścu prawe bez zman ( 5 %) ształtu sygnału stałej szybśc zmany na zbczu, ja w fal trapezwej czy trójątnej; w zal. (6.7) jest czewana szybść, gdyby WO był dealny: u S 3. (6.7) t zbcze 79

80 PIOT MADEJ Drugą welścą, sttną przy sygnałach snusdalnych newelch ampltudach jest górna częsttlwść granczna f gwo sameg WO (rys. 6.4), przy tórej mduł wzmcnena różncweg WO maleje 3 db, lub naczej d 70,7 %. W tych WO, tóre mają tzw. wewnętrzną mpensację częsttlwścwą, a jest ch zdecydwane węcej na rynu, mduł wzmcnena różncweg zmena sę dwrtne prprcjnalne d częsttlwśc d f gwo aż d częsttlwśc BW f T, przy tórej ten mduł spada d jednśc. Ta stały spade psuje sę nachylenem charaterysty częsttlwścwej w merze lgarytmcznej: 0 db/de lub naczej 6 db/t (tzn. na deadę zmany częsttlwśc lub na tawę, czyl dwurtną zmanę). W zarese taej zmany wzmcnena stały pzstaje lczyn wzmcnene częsttlwść, c sutuje tym samym dla uładów na tym WO, z SZ zrealzwanym za pmcą rezystrów. Oznacza t tzw. wymennść wzmcnena uładu uf jeg górnej częsttlwśc grancznej f g ; wzrst jednej welśc pwduje prprcjnalne malene drugej: ys Wyres aprsymacyjny (Bdeg) brazujący deę wyznaczana pasma uładu na WO stałść lczynu wzmcnene pasm uf f g V V cnst BW ft AV 0 f gwo. (6.8) V V Górna częsttlwść granczna uładu f g jest ta sam zdefnwana, ja dla WO; mduł wzmcnena uładu uf maleje przy nej 3 db. W zestawe danych atalgwych nretneg typu WO jest pdawana mnmalna gwarantwana wartść częsttlwśc BW. Przy badanu uładu za pmcą sygnału snusdalneg celem wyznaczene f g mussz pamętać ntrlwanu ształtu sygnału wyjścweg; przy zbyt dużej ampltudze uład przestane pracwać lnw wsute wpływu parametru S, a z defncj parametr f g jest właścwścą uładu lnweg! 6.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Zapznaj sę ze spsbem pdawana właścwśc WO (tabele, wyresy, warun) raz ch wartścam dla wzmacnacza A74; w materałach d wyładu, w tab. 6. na ńcu prgramu ćwczena na strnach nternetwych prducentów uładu. Przyład zaslana zerwana uładu na WO znajdzesz na rys. 6.. B) Na pdstawe rys. 6.5a,b,c lteratury wyprwadź wzry d blczena ze zmerznych napęć wyjścwych rezystancj : wejścweg napęca nezrównważena, wejścwych prądów plaryzacj I b, I b, średneg prądu plaryzacj I b, 80

81 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO prądu nezrównważena I. C) Oblcz zastępcze parametry uładów z rys. 6., z wartścam elementów z tab. 6.: transmtancje napęcwą u0f prądwą 0f, rezystancję wejścwą f, rezystancję wyjścwą f, górną częsttlwść granczną f g. Pamętaj, że d zależnśc pdstawasz wartśc znamnwe rezystrów; rzeczywste mgą sę różnć d znamnwych nawet 0%. Oszacuj wpływ sńczneg wzmcnena różncweg A V0 WO na nedładnść wyznaczena wzmcnena u0f uładu. Prównaj tą wartść z wpływem tlerancj rezystrów. Oblcz wartść rezystra 3 ; p c jest n w uładze? D) Oblcz typwą (czewaną) masymalną wartść napęca wyjścweg uładu z rys. 6.b z wartścam elementów z tab. 6., jeżel zamast źródła sygnału wejścweg jest zwra, np. ta, ja na rys. 6.3, ale bez mpensacj nezrównważena. Ta efet nazywa sę wyjścwym napęcem nezrównważena jest sutem nedsnałśc WO, psanych wejścwym napęcem nezrównważena, wejścwym prądam plaryzacj I b, wejścwym prądem nezrównważena I. Ja wpływają na ten efet wartśc zastswanych w uładze rezystrów, a ja ch stsune? Czy becnść rezystra 3 ma jaeś znaczene? 6.3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Tab. 6.. Wartśc elementów d uładu napęcweg wzmacnacza nedwracająceg na wzmacnaczu peracyjnym ład Element Numer grupy Z rys. 6.8, wzmacnacz [] 6,8 3,3 0 3,9,8, napęcwy, [] nedwracający L [] 0,68 Ćwczene wynasz w górnej częśc maety Wzmacnacze Operacyjne (rys. 4.6). Tabele d zapsu wynów w ćwczenu należy samemu zaprjetwać! Wstępne badane WO ntrla jeg sprawnśc Płącz lejn ułady z rys. 6.5a,b,c z zaslanem 5 V zmerz w nch tyl napęce wyjścwe, zastsuj rezystr = 0, M (gdy WO t A74). Z wynów blczysz, I b, I b, I b, I, stsując zależnśc wyprwadzne przed zajęcam; uważaj na zna dczytanych blcznych wartśc! Zmerz napęca nasycena wyjśca WO, tj. w uładze z rys. 6.5b wyjmj z maety rezystr, zantuj m, pwtórz t w uładze z rys. 6.5c, zantuj m+. Jaa jest przyczyna zabserwwanych reacj WO? Zmerz napęca zaslana sup+, sup- blcz różncę mędzy napęcam zaslającym napęcam nasycena WO. W blanse uwzględnj zmnejszene napęca zaslająceg bezpśredn WO spade napęca p ł 0,6 V na ddach włącznych wewnątrz maety szeregw z ażdeg ze źródeł zaslających d dpwednch nóże WO, zabezpeczających uład przed dwrócenem begunwśc tych źródeł, zrób szc taeg płączena. 8

82 PIOT MADEJ ys łady d badana, I b+, I b-. Dla ułatwena analzy naryswan zastępcze źródł na zewnątrz WO. Zapsz blans napęć w czu, przyjmj dw0 0 V, wyprwadź zależnśc Wtórn napęcwy; uruchmene zbadane nezrównważena Płącz uład wtórna, rys.6.6, L =. ys ład wtórna lnweg przetwrna napęca na napęce, wzmcnenu jednstwym, na wzmacnaczu peracyjnym, z aparaturą d badana przy DC Zewrzyj jeg wejśce d masy zmerz napęce wyjścwe; jest t wyjścwe napęce nezrównważena, czyl tzw. błąd zera charaterysty przejścwej uładu. Następne sprawdź rentacyjne, czy wtórn dzała pprawne; ja t zrbsz? P wynanu tej peracj uład jest gtwy d badana Charaterystya przejścwa transmtancja uładu Sygnałem stałym tj. DC (rys. 6.6) zbadaj charaterystyę przejścwą wtórna (la puntów), blcz u0f z badań. Następne sygnałem snusdalnym f (0, 0,5) Hz (rys.6.7, d = 0, L = ) zmerz mżlwe dładne u0f. Jae jest względne dstępstw u0f d,0000? Jaa jest nepewnść względna wyznaczena u0f a jae jest dpuszczalne dstępstw d,0000 według zależnśc (6.0)? waga! Wzmcnena przy DC pwnn sę w zasadze defnwać przyrstw: u0f = /! Needy mżna jedna lczyć u0f = /, czy dtyczy t twjeg przypadu? Wyjaśnj t w sprawzdanu! 8

83 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO Wzmacnacz nedwracający; uruchmene mpensacja nezrównważena Płącz uład wzmacnacza napęcweg nedwracająceg z rys. 6.8, z elementam z tab. 6., d = 0, L =. Przy płączenu ja na rys. 6.3, czyl przy zerwym wejścwym sygnale zmerz zapsz le zmenł sę nezrównważene uładu w prównanu z wtórnem. Dlaczeg ta sę stał? Smpensuj nezrównważene rezystrem, rys ys Badane czwórna sygnałem stałym lub zmennym, np. snusdalnym. Dla teg drugeg przyładwe blczena z dczytów z scylspu w trybe XY, c c y stałe anałów ys ład napęcweg wzmacnacza nedwracająceg lnweg przetwrna napęca na napęce, na wzmacnaczu peracyjnym, z aparaturą d badana przy DC Charaterystya przejścwa, transmtancja rezystancja wyjścwa uładu Zbadaj sygnałem DC charaterystyę przejścwą uładu = f( ), na wyjścu zmany c ł 3 V, aż d nasycena (rys.6.8). Wyznaczysz wzmcnene u0f z lnweg zaresu tej charaterysty. Czy wartśc m, m są tae same, ja zmerzne w pt.6.3.? Przy napęcu wyjścwym ł 9 V włącz bcążene L = 0,68 zapsz napęca przed p włączenu. Zastsuj zależnśc na transmtancje lnweg unlateralneg czwórna, szacuj rezystancję wyjścwą f uładu. ezystancj wejścwej f teg uładu ne mżna wyznaczyć w tym labratrum. Zmerz wzmcnene sygnałem snusdalnym f (0, 0,5) Hz (uład z rys.6.7, d = 0, L = ), bserwuj efety przesterwana uładu. 83

84 PIOT MADEJ Parametr S W uładze z rys. 6.7 pdaj na wejśce wzmacnacza falę prstątną dużej ampltudze, przynajmnej rzędu lu wltów taej częsttlwśc, aby sygnał wyjścwy był falą trapezwą, ja na rys. 6.9 mżlwe rótch pdstawach trapezu. Odczytaj z eranu scylspu czasy trwana bu zbczy t zn t z raz wartść mędzyszczytwą pp fal wyjścwej. Oblcz parametry S + S. ys Kształt sygnału wyjścweg uładu na WO przy przesterwanu g falą prstątną, zdefnwan welśc pdan zależnśc d wyznaczena parametru S WO Górna częsttlwść granczna uładu f g parametr BW WO W uładze z rys. 6.7, d = 0, L = pdaj na wejśce wzmacnacza falę snusdalną częsttlwśc f ł,5 razy węszej d spdzewanej górnej częsttlwśc grancznej f g, szacwanej teretyczne przed zajęcam. Sprawdź na braze scylspwym, czy ształt fal wyjścwej jest rzeczywśce snusdalny, zadane ułatw prównane ształtów brazów sygnału wyjścweg wejścweg. Zmnejszaj ampltudę sygnału z generatra, aż ta będze. Teraz zmnejsz częsttlwść d ł (0, 0,5) Hz, ustaw tyl nastawam scylspu wysść brazu na erane z anału rzędu (4 7) dz. Jest t L m dpwadająca wartśc mędzyszczytwej napęca wyjścweg w zarese stałeg mdułu wzmcnena, przy f znaczne pnżej f g. Następne ta dług zwęszaj częsttlwść, aż wysść brazu sygnału wyjścweg zmaleje d 0,707L m, przy czym ne wln zmenać nastawy ampltudy w generatrze stałej dchylana anału scylspu. Odczytaj z częstścmerza wartść f g uładu raz z eranu scylspu wymary elpsy, ptrzebne d blczena (z zależnśc na rys. 6.7) zmany przesunęca fazweg (f g ) mędzy sygnałem wyjścwym wejścwym. Ja zna ma (f g )? Spójrz na rys..4. Mżesz teraz blczyć parametr BW WO, z zależnśc (6.8) Transmtancja teretyczna z badań Zmerz wartśc rezystrów, zastswanych w uładze z rys Prównaj dśwadczalne u0f uładu blczne ze zmerznych napęć w uładze, z wartścam teretycznym blcznym ze zmerznych raz znamnwych rezystancj, sfrmułuj wns. 84

85 6. WZMACNIACZ OPEACYJNY ZECZYWISTE PAAMETY. KŁAD WTÓNIKA I WZMACNIACZA NIEODWACAJĄCEGO W sprawzdanu mędzy nnym prównaj wyn badań blczeń z nch z danym atalgwym WO blczenam teretycznym wynanym przed zajęcam, blcz taże wzmcnena prądwe uładów: 0f a następne f dla bcążena wyjśca L = 0,68 na pdstawe zmerzneg u0f. Tab. 6.. Pdstawwe właścwśc wzmacnaczy peracyjnych, tóre mżna zastswać w ćwczenu Typ WO A74, bplarny, standardwy OP07C, bplarny, precyzyjny TL08C, JFET, standardwy, szybszy Wartść przy 5C Wartść przy 5C Wartść przy 5C Parametr ) granczna typwa granczna typwa granczna typwa A V0 [V/V] > >, >, CM [db] > > 94 0 > [mv] < 6 < 0,5 0,06 < 0 3 I b [na] < < 7,8 < 0,4 0,0 I [na] < 00 0 < 6 0,8 < 0, 0,005 d [] M 33 M T c [] 00 M 0 G > T BW [MHz] > 0,5 0,7 > 0,4 0,6 >,5 4 S [V/s] 0,5 > 0, 0,3 > 8 6 [] ) - wartśc z atalgu prducenta, tóreg wyrób jest używany w labratrum 85

86

87 7. LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I 7. LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I Cel: Drug etap pznana specyf stswana wzmacnacza peracyjneg (WO). łady z pętlam ujemneg sprzężena zwrtneg reślającym typ wynweg przetwrna; szerpasmwy napęcwy wzmacnacz dwracający, wzmacnacz seletywny, przetwrn napęca na prąd raz metdy ch badana. W ćwczenu zastsujesz WO typu A74, plsa wersja t LY774N, znamnwe zaslane (supply) sup 5 V. Prwadzący zajęca mże plecć wynane prgramu dśwadczalneg na nnym WO, np. typu OP07 lub TL08. Parametry wymennych WO są pdane w tab. 7.3 na ńcu rzdzału. 7.. WSTĘP TEOETYCZNY W pprzednm rzdzale pdan pdstawwe nfrmacje wzmacnaczu peracyjnym jeg zastswanu. Teraz wstęp dtyczy tyl tych nretnych uładów zbudwanych w parcu WO, tóre są betam badań w tym ćwczenu. Są t trzy ułady, z czeg dwa t wzmacnacze napęcwe. Perwszy t szerpasmwy wzmacnacz dwracający, czyl przy DC zna napęca wyjścweg jest przecwny d znau napęca wejścweg lub przy AC przesunęce fazwe mędzy snusdalnym sygnałam wyjścwym a wejścwym wyns 80 (dwraca fazę). Drug t wzmacnacz seletywny, czyl transmtancj napęcwej zależnej d częsttlwśc. Przy częsttlwśc śrdwej ma masmum wzmcnena ne dwraca fazy. Przy dstrjenu d częsttlwśc śrdwej transmtancja maleje ma charater zesplny przesunęce fazwe zmena sę. Trzec uład t przetwrn wejścweg napęca na wyjścwy prąd, a węc psywany nnym typem transmtancj; jest t w tym przypadu transadmtancja. ład dwraca sygnał, c tutaj znacza, że przy ddatnm wejścwym napęcu wyjścwy prąd wpływa d wyjśca WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY ODWACAJĄCY ład teg wzmacnacza taże wymaga tyl dwóch rezystrów (rys. 7., rezystry ), pdbne ja wzmacnacz nedwracający z pprzedneg tematu. Jedna tym razem źródł sygnału jest włączne p strne drugeg wejśca WO, teraz jest t wejśce dwracające. Trzec rezystr ( 3 ) zmnejsza jedyne wpływ prądów plaryzacj wejść na błąd zera uładu; zależnść uwag pdan w pprzednm rzdzale. ys. 7.. ład napęcweg wzmacnacza dwracająceg na wzmacnaczu peracyjnym (WO), ne naryswan bwdów zaslana mpensacj nezrównważena 87

88 PIOT MADEJ Przy uprszcznej analze uładu, z dealzwanym WO, c znacza d 0 V czyl nesńczne wzmcnene różncwe, zerwe prądy wejść WO, zerwa rezystancja wyjścwa, przyjmuje sę m.n., że węzeł przy we-wo ma ptencjał masy. Jest t znane pjęce, tzw. pzrnej masy lub pzrnej zem, wyrzystywane w netórych uładach na WO. Angelsa nazwa uładu taej właścwśc t VEA: Vrtual Earth Amplfer. Pętla ujemneg sprzężena zwrtneg (SZ) zawera jedyne rezystr przetwarza wyjścwe napęce na prąd wyjścwy pętl I f, sumujący sę w węźle z prądem wejścwym I. Ta węc z puntu wdzena elementarnej ter sprzężena zwrtneg zapęte jest napęcw-równległe SZ, typwe dla przetwrna prąd na napęce, transmpedancj wejścu w węźle przy we-wo. Dlaczeg zatem cały uład jest wzmacnaczem napęcwym? Ddatwy rezystr pełn funcję przetwrna napęca wejścweg na prąd wejścwy I ; pamętaj cały czas pzrnej mase w węźle we-wo, szczegóły pazan w zależnścach pnżej: I, I f raz I I f (7.) stateczne u0 f, czyl u0 f. (7.) Sńczne wzmcnene WO pwduje względny błąd zależnśc (7.) na wzmcnene uładu przy DC: u0 f A 0 00 %. u0 f V (7.3) A Zastępcza rezystancja wejścwa f jest znaczne mnejsza nż w uładze wzmacnacza nedwracająceg (pprzedne ćwczene) pratyczne ne zależy d wzmcnena uładu parametrów WO, a jedyne d rezystra, nezależne d teg, czy jest analzwany przypade z WO dealzwanym, czy rzeczywstym: V 0 f. (7.4) A V 0 Natmast rezystancja wyjścwa jest w przypadu dealnym zerwa a w rzeczywstśc bardz mała na pdbnym pzme, ja we wzmacnaczu nedwracającym tam samym wzmcnenu ( t wyjścwa sameg WO): f u0 f. (7.5) A V WZMACNIACZ SELEKTYWNY Jeżel w pętl SZ wół WO będze czwórn seletywny, całść będze wzmacnaczem seletywnym (np. rys. 7.), wyróżnającym sygnały częsttlwśc f reślnej przez czwórn. Ta częsttlwść jest nazywana gólne śrdwą, taże reznanswą w przypadu czwórna LC charaterystyczną alb quas-reznanswą 88

89 7. LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I w przypadu czwórna C. Wyróżnene sygnału przy częsttlwśc śrdwej mże plegać na jeg najwęszym lub najmnejszym wzmacnanu; dpwedn uład będze nazywany fltrem śrdw-przepustwym lub śrdw-zaprwym. ys. 7.. Wzmacnacz seletywny na WO, z czwórnem T zbcznwane. ład wzmacnacza raz charaterysty częsttlwścwe mdułu argumentu transmtancj sameg czwórna T Przebeg charaterysty fazwej czwórna przesądza mejscu jeg włączena; d we-wo gdy przesunęce fazwe jest 0 przy f lub d we+wo gdy jest 80. W bu przypadach czwórn wprwadza SZ d uładu wypadwa charaterystya mdułu transmtancj uładu d częsttlwśc jest dwrtna d taej charaterysty czwórna. W ramach pracy własnej zaleca sę analzę, ja będze zwąze charaterysty fazwej uładu z taą charaterystyą czwórna seletywneg, w zależnśc d włączena teg statneg. Jednym ze stswanych czwórnów seletywnych w pętl SZ jest uład T zbcznwane, złżny z dwóch ndensatrów dwóch rezystrów. Dwe jeg wersje różną sę typem elementu dłączneg d masy; w tym ćwczenu będze t rezystr (rys. 7.), a pjemnśc ndensatrów będą jednawe C = C = C. Czwórn ten przy częsttlwśc śrdwej f, reślnej zależnścą f (7.6) πc wprwadza zerwe przesunęce fazwe = 0 a jeg transmtancja ja czwórna p strne wewo ma mnmum f f f mn. (7.7) f Przy mnejszych częsttlwścach ąt fazwy czwórna jest ujemny, przy węszych ddatn, a mduł transmtancj w bu przypadach dąży d jednśc. Transmtancja całeg uładu wzmacnacza seletywneg pratyczne jest dwrtnścą transmtancj czwórna T zbcznwane, a węc: raz u0 f u0 f f f f u0 f ma. (7.8) 89

90 PIOT MADEJ Wzmacnacz jest uładem śrdw-przepustwym, zerwym przesunęcu fazwym przy częsttlwśc śrdwej, a staje sę wtórnem napęcwym przy częsttlwścach mnejszych węszych lanaśce razy d śrdwej, c ne jest rewelacyjną właścwścą; są ułady fltrów wzmcnenu dążącym znaczne szybcej t pratyczne d zera przy dużym dstrjenu częsttlwśc. Wzmcnene napęcwe wzmacnacza spada 3 db przy częsttlwścach grancznych pasma, dlnej f d górnej f g, zdefnwanych w stsunu d śrdwej f, pprzez rezystancje raz transmtancję czwórna (zal. (7.7)), ja: f f 3dB, gdze. (7.9) Górną częsttlwść granczną f g blczysz z pwyższeg wzru ze znaem plus przed perwastem, a dlną f d, gdy pdstawsz zna mnus. Szerść 3 db pasma przepustweg uładu f jest różncą górnej dlnej częsttlwśc grancznej; tzw. dbrć Q rzywej seletywnej uładu f są pwązane: f f f g f d, Q. (7.0) f Węsza dbrć uładu znacza węższe pasm bardzej strme zbcza rzywej. óżnce f g f f f d dper przy dużych dbrcach Q > 0 są pratyczne jednawe. Impedancja wejścwa jest bardz duża, równa w pratyce mpedancj wspólnej WO, a mpedancja wyjścwa zmena sę z częsttlwścą. Zależnść ta jest smplwana, b z częsttlwścą zmenają sę ba wzmcnena, uładu WO: Z f f, u0 f c Z f Aud f f. Z (7.) PZETWONIK NAPIĘCIA NA PĄD Trzec z mawanych uładów (rys. 7.3) ma dwe cechy wyraźne dróżnające g d pprzednch. P perwsze zmena rdzaj welśc, z napęca na prąd, a pprzedne zmenały tyl wartść napęca, stąd właścwsza jest nazwa przetwrn a ne wzmacnacz, pdreślająca przetwrzene welśc. Oczywśce prawdłw zaprjetwany uład atywny zwęsza mc sygnału, nezależne, jaą welścą jest n reprezentwany (u czy ), a węc neja z defncj jest wzmacnaczem mcy sygnału. ys Przetwrn wejścweg napęca na wyjścwy prąd, dwracający, tj. przy ddatnm napęcu prąd naprawdę wpływa d wyjśca WO przez rezystr L mędzy zacsam ut 90

91 7. LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I Druga cecha t bra bezpśredneg płączena bcążena wyjśca, rezystra L mędzy zacsam ut, z masą uładu. C prawda ptencjał ńca dłączneg d wejśca dwracająceg WO jest pratyczne równy ptencjałw masy, b jest t uład pzrnej mase, tzw. VEA, ale ne we wszystch aplacjach mże być dpuszczalne tae włączene L. Istneją rzwązana teg typu przetwrna bez tej wady. Zastswane SZ jest typu prądw-równległeg; sygnałem zwrtnym jest prąd I f równy prądw bcążena I, sumujący sę z wejścwym prądem I w węźle przy we- WO. ezystr przetwarza wejścwe napęce na prąd wejścwy I pratyczne bez błędu, dzę pzrnej mase w węźle. Transmtancja uładu jest frmalne transadmtancją. Pdstawwe zależnśc dla uładu z dealzwanym WO: I I I f I, I I y0 f. (7.) Idealne bcążene wyjśca t zwarce (wyjśce prądwe), a masymalna rezystancja bcążena jest granczna masymalnym napęcem nasycena m wyjśca WO przy danym jeg zaslanu: m L ma. (7.3) I Nedładnść względna transmtancj uładu bcążneg rezystancją L, z rzeczywstym WO napęcwym wzmcnenu różncwym A V0 wyjścwej rezystancj jest ujemna, ja we wszystch uładach z SZ: L AV 0,, L 00 %. (7.4) yf A Zastępcza rezystancja wejścwa uładu ma pratyczne taą samą wartść, ja we wzmacnaczu napęcwym dwracającym (pt. 7..): V 0 f L. (7.5) A V 0 Zastępcza rezystancja wyjścwa jest duża teretyczne dla wyjśca prądweg pwnna być nesńczna: f AV 0 AV 0. (7.6) L L PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Przypmnj sbe spsby pdawana właścwśc WO (tabele, wyresy, warun) raz wartśc pdstawwych parametrów dla wzmacnacza A74 (lub wsazaneg przez prwadząceg zajęca); w materałach d wyładu, w tab. 7.3 na ńcu prgramu ćwczena na strnach nternetwych prducentów uładu. Przyład 9

92 PIOT MADEJ zaslana zerwana uładu na WO znajdzesz w pprzednm temace: rzdzał 6., rys. 6.. B) Narysuj częsttlwścwe charaterysty mdułu fazy dla wzmacnacza seletywneg na pdstawe charaterysty czwórna T zbcznwane (rys. 7.), blcz śrdwą f dla swjej grupy ćwczenwej. Oblcz szerść 3 db pasma f rzywej quas-reznanswej mdułu transmtancj uładu jej dbrć Q. C) Oblcz zastępcze parametry uładów z rys , z wartścam elementów z tab. 7.: transmtancje, rezystancje wejścwe f, rezystancje wyjścwe f dla uładu seletywneg f przy f = 0 Hz f = f. D) Oszacuj wpływ sńczneg wzmcnena różncweg A V0 WO na nedładnść wyznaczena wzmcnena u0f uładu. Prównaj tą wartść z wpływem tlerancj elementów; rezystry mają ją d (5 0) % a ndensatry nawet d (0 0) %. E) Oblcz wartść rezystra 3 w uładach z rys ; jaa jest jeg rla? 7.3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Ćwczene wynasz w górnej częśc maety Wzmacnacze Operacyjne (rys. 4.6). Tab. 7.. Wartśc elementów d uładów lnwych przetwrnów na wzmacnaczu peracyjnym ład ys. 7., wzmacnacz napęcwy, dwracający Element Numer grupy [] 6,8 3,3 0,8,8,7 [] d [] 0, L [] 0,68 ys. 7., wzmacnacz [] 6,8 33,7 7, 8, seletywny z czwórnem [] T zbcznwane C = C [nf] 3, ,3 ys. 7.3, przetwrn [], 6,8 0,8 0 8, u, dwracający. n [V] 0,5 0 0 n wartść znamnwa. L [] 0 5,6 0 5,6 0 6,8 0 8, , Napęcwy wzmacnacz dwracający; uruchmene zerwane uładu Płącz uład z rys. 7.4, z elementam z tab. 7.. Jeżel wartść rezystra 3 z rys. 7. jest blczna, wstaw g d uładu. Zastąp źródł sygnału zwrą smpensuj nezrównważene uładu; ne pwnn być węsze d 0,05 mv. cm n V I f I WO ut V cm ys ład d badana wzmacnacza dwracająceg sygnałem DC 9

93 7. LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I Charaterystya przejścwa transmtancja uładu Przyłącz d wejśca źródł sygnału DC zbadaj charaterystyę przejścwą =f( ), c ł 3 V na wyjścu, d ujemneg p ddatne nasycene wyjśca, łączne z puntem = 0 V. Z wynów pmarów, z lnwej częśc charaterysty wyznaczysz transmtancję uładu u0f ; należy t zrbć z zależnśc przyrstwej (!) ezystancja wejścwa wyjścwa uładu W płączenu z rys. 7.5 ustaw ta sygnał DC ze źródła sterująceg E g, aby sygnał wyjścwy był ł = 9 V gdy d = 0 L. Zantuj trzy wartśc przy stałym E g : a gdy d = 0 L, b gdy d =, L, c gdy d = 0 L = 0,68. Z tych wynów mżesz ułżyć uład trzech równań, zawerających transmtancje lnweg, unlateralneg czwórna, p przeształcenach wyznaczysz zastępczą rezystancję wejścwą wyjścwą uładu. ys ład d badana czwórnów przy DC, m.n. d wyznaczana parametrów zastępczych Wzmacnacz seletywny, uruchmene uładu Płącz uład wzmacnacza z rys. 7., z aparaturą pmarwą zgdne z rys. 7.6, warun pracy u0. Znajdź częsttlwść śrdwą uładu scylspem w trybe pracy XY, ryterum t masmum wyjścweg sygnału zerwe przesunęce fazwe. Wartść suteczna sygnału na wyjścu ne pwnna przeraczać lu wltów. Przy dużej różncy w stsunu d przewdywań teretycznych w wartścach f u0fma sprawdź pprawnść płączeń wprwadź nezbędne ppraw, np. sryguj wartść rezystra, zapsz f z dczytów napęć na wejścu wyjścu blcz u0fma. ys ład d badana czwórnów przy AC, m.n. d wyznaczana częsttlwścwej charaterysty mdułu fazy transmtancj 93

94 PIOT MADEJ Charaterystya częsttlwścwa wzmacnacza seletywneg W uładze z rys. 7.6 ta ustaw sygnał z generatra E g, aby ne był przy f przesterwana raz przy f 0f wdczneg wpływu parametru S WO. Zbadaj charaterystyę częsttlwścwą uładu, tj. przebeg zman mdułu fazy transmtancj (dczyty z scylspu) z częsttlwścą. Prpnwane płżene puntów pmarwych raz dczytywane blczane welśc zestawn w przyładwej tab. 7.. Zna przesunęca fazweg mussz reślć na pdstawe brazu scylspweg z lnwą pdstawą czasu przy f /f rzędu 0,5 (patrz rys..4). Tab. 7.. Przyładwa tabela d zapsu wynów przy badanu częsttlwścwej charaterysty wzmacnacza seletywneg, zgdne z znaczenam z rys. 7.6 Lp. f n/f ) f n ) f ) A B b c c y [-] [-] [Hz] [Hz] [dz] [dz] [dz] [V/dz] [V/dz] [V/V] [] /0 /4 3 0,5 4 0,75 5 0,9 6 0,95 7 8,05 9, 0, ) - wartść znamnwa f n, blczna w stsunu d f z pt , ) - wartść zmerzna. Aparatura: częstścmerz, scylsp Pza blczenam wynaj d sprawzdana wyresy; perwszy dla pełneg zaresu badań ze salam lgarytmcznym częsttlwśc mdułu transmtancj a lnwą ata fazweg raz drug z lnwym salam wszystch welśc z zawężenem zaresu f d (0,75,33)f, znacz dczytaj z drugeg wyresu pasm 3 db uładu, blcz dbrć uładu z wynów badań, z f f. Snfrntuj wyn dśwadczalne z blczenam sprzed zajęć Odwracający przetwrn napęca na prąd; uruchmene zerwane uładu Płącz uład z rys. 7.7, z elementam z tab. 7. 3, jeżel jest blczny. Zastąp źródł sygnału wejścweg zwrą przy L = 0 smpensuj nezrównważene uładu; prąd wyjścwy ne pwnen być węszy d 0, A Charaterystya przejścwa transmtancja uładu Przyłącz d wejśca uładu źródł stałeg sygnału napęcweg DC zbadaj przy L = 0 charaterystyę przejścwą I =f( ), dla bu plaryzacj c ł 0 % napęca znamnweg, pdaneg w tab. 7., łączne z puntem = 0 V (zastąp źródł zwrą). 94

95 7. LINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. WZMACNIACZ ODWACAJĄCY, SELEKTYWNY I PZETWONIK /I Z wynów pmarów, z lnwej częśc charaterysty wyznaczysz transmtancję uładu y0f w zasadze należy t zrbć z zależnśc przyrstwej. ys Przetwrn napęca na prąd (wzmacnacz transadmtancyjny) z aparaturą d badana przy DC ezystancja wyjścwa uładu W płączenu z rys. 7.7 ustaw sygnał DC ze źródła bls znamnwemu n z tab. 7., następne zantuj dwe wartśc I przy stałym : I a gdy L = 0, I b gdy L ma wartść wg tab. 7.. Z tych wynów, na pdstawe zależnśc na transmtancje lnweg, unlateralneg czwórna wyznaczysz zastępczą rezystancję wyjścwą uładu W sprawzdanu mędzy nnym prównaj wyn blczeń teretycznych przed zajęcam z wynam badań uładu, sfrmułuj wns. Tab Pdstawwe właścwśc wzmacnaczy peracyjnych, tóre mgą być zastswane w ćwczenu Typ WO A74, bplarny, standardwy OP07C, bplarny, precyzyjny TL08C, JFET, standardwy, szybszy Wartść przy 5C Wartść przy 5C Wartść przy 5C Parametr ) granczna typwa granczna typwa granczna typwa A V0 [V/V] > >, >, CM [db] > > 94 0 > [mv] < 6 < 0,5 0,06 < 0 3 I b [na] < < 7,8 < 0,4 0,0 I [na] < 00 0 < 6 0,8 < 0, 0,005 d [] M 33 M T c [] 00 M 0 G > T BW [MHz] > 0,5 0,7 > 0,4 0,6 >,5 4 S [V/s] 0,5 > 0, 0,3 > 8 6 [] ) - wartśc z atalgu prducenta, tóreg wyrób jest używany w labratrum 95

96

97 8. WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM 8. WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM Cel: Pznane prsteg wzmacnacza różncweg na wzmacnaczu peracyjnym raz metd jeg badana; welśc pswe analza uładu, ptymalzacja parametrów, ułady zaresy badana, analza wynów spsób ch prezentacj. Prównane przewdywań teretycznych z wynam badań uładu, wns. 8.. WSTĘP TEOETYCZNY Wzmacnacz różncwy jest dmaną wzmacnacza napęcweg, charaterystyczną dwma wejścam, rys. 8.. Pdstawwym zadanem taeg uładu jest wzmacnane różncy napęć medzy wejścam, stąd jeg nazwa, a pratyczne bra reacj na tzw. wspólny sygnał wejścwy, równy średnej arytmetycznej napęć na wejścach. Wyna z teg, że wzmacnacz różncwy ma cztery sygnały wejścwe. Dwa z nch są ta zdefnwane, ja w zwyłym wzmacnaczu, ja nesymetryczne; ptencjały ażdeg z wejść w stsunu d ptencjału dnesena, czyl d masy. Oznaczena wejść tych sygnałów t: wejśce nedwracające (zna +), wzrst sygnału + na nm przy stałym sygnale na drugm wejścu pwduje wzrst tym samym znau sygnału na wyjścu, wejśce dwracające (zna ), wzrst sygnału - na nm przy stałym sygnale na perwszym pwduje wzrst przecwnym znau sygnału na wyjścu. ys. 8.. Oznaczena sygnałów wejścwych ( ), wyjścweg ( ), napęć zaslana ( sup) transmtancj napęcwych ( u) we wzmacnaczu różncwym W W parcu te sygnały defnuje sę dwa pzstałe sygnały wejścwe, specyfczne dla wzmacnacza różncweg. Sygnały: różncwy (dfferental), (8.) d wspólny (cmmn) c. (8.) Odpwedn d zdefnwanych sygnałów defnuje sę transmtancje dla nch: wzmcnene dla sygnału różncweg, w sróce wzmcnene różncwe A ud ud d cnst c gdy c, 0 d, (8.3) 97

98 PIOT MADEJ wzmcnene dla sygnału wspólneg, w sróce wzmcnene wspólne A uc uc c d cnst gdy d, 0 c, (8.4) gdze t wyjścwe napęce nezrównważena, welść zdefnwana przy zerwych wartścach sygnałów wejścwych, czyl tzw. błąd zera. Marą jaśc wzmacnacza różncweg jest tzw. WTSW współczynn tłumena sygnału wspólneg, częścej nawet w Plsce znaczany z angelseg CM cmmn mde rejectn rat: ud CM WTSW. (8.5) Dla dealneg uładu pwnen n dążyć d nesńcznśc; przy reślnym wzmcnenu różncwym wzmcnene wspólne pwnn dążyć d zera. Najczęścej wartść teg współczynna pdaje sę w [db]: uc ud CMdB 0lg CM 0lg. (8.6) Najlepsze wzmacnacze różncwe mają CM wartśc (0 40) db, a średnej lasy (80 0) db. Zwróć uwagę na zna wartśc bezwzględnej w zależnścach (8.5) (8.6). Z jeg becnśc wyna, że przy reślnym znau wzmcnena różncweg (z reguły ddatnm), znau wzmcnena wspólneg ne mżna reślć na pdstawe wartśc ud CM. Sygnał wyjścwy wzmacnacza różncweg w gólnym przypadu zależy d bu wejścwych sygnałów: różncweg wspólneg. P przeształcenach: uc ud ud 0, 5 d u uc c u uc. 0 (8.7) Zdefnwan w ten spsób transmtancje uładu dla nesymetrycznych sygnałów na wejścach: Δ u ud 0, 5uc, (8.8) Δ Δ u ud 0, 5uc. (8.9) Δ W dealnym uładze wzmcnene wspólne uc pwnn dążyć d zera, c znacza, że mduły wzmcneń u+, u dla nesymetrycznych sygnałów pwnny być dentyczne:. (8.0) u deal u 98

99 8. WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM 8... WZMACNIACZ ÓŻNICOWY ZBDOWANY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM Współcześne najprścej mżna zbudwać wzmacnacz różncwy wyrzystując wzmacnacz peracyjny WO, tóry jest scalnym mnltycznym wzmacnaczem różncwym bardz dużym wzmcnenu. Mżna zapytać: p c budwać wzmacnacz różncwy, sr sam wzmacnacz peracyjny już jest nm? Wyrzystuje sę t, że WO ma wejśca różncwe raz bardz duże wzmcnene różncwe (ale z dużym rzrzutem np częst slną zależnścą d welu czynnów), tóre umżlwa zastswane slneg ujemneg sprzężena zwrtneg. W rezultace zbudwany uład ma pżądane wzmcnene różncwe, np. 0 V/V tlerancj 0,5 % dbrej stałśc. Pdstawwa nfguracja najprstszeg wzmacnacza różncweg pza WO zawera cztery rezystry, ustalające wynwe wzmcnene (rys. 8.). Przy załżenu dealnśc WO, tj.: A udwo czyl dwo 0 V, z teg też wyna CM WO, bra prądów wpływających d wejść WO, WO 0, bra nezrównważena, mżna zapsać zależnść na napęce wyjścwe (w zapse ddan ndes f znaczający parametry sągnęte p zastswanu sprzężena zwrtneg feedbac): ys. 8.. Wzmacnacz różncwy zbudwany za pmcą wzmacnacza peracyjneg u f u f Tym samym wzmcnena uładu z dealnym WO: 3. (8.) udf, ucf 0. (8.) Wprwadzny w zależnśc (8.) warune równśc lrazów rezystancj 99

100 PIOT MADEJ 4 (8.3) 3 zapewna tzw. symetrę perwszeg rdzaju, tzn. wyrównane wzmcneń dla nesymetrycznych sygnałów, patrz zależnśc (8.7) (8.0). Zależnść (8.3) dtyczy czywśce rzeczywstych wartśc rezystancj, a ne znamnwych; mgą sę ne w labratrum różnć nawet 0 %. Nedładnść spełnena warunu symetr (8.3) wpływa na udf, ucf CM f według zależnśc pnżej, przy czym t błąd względny lrazu rezystancj, np. 0 -, tj. %: gdy a ucf 4 t 3, udf ucf, CM f (8.4) c znacza, że np. dla sągnęca CM f pnad 0 4 (czyl 80 db) w uładze udf rzędu dzesęcu trzeba warune (8.3) spełnć z błędem mnejszym d 0-3, tj. 0, %! Jeżel w uładze przewduje sę mżlwść zmany wzmcnena różncweg, np. za pmcą zmany wartśc, t mus temu twarzyszyć dpwedn dładna zmana np. 4. Ale nawet dealne spełnene warunu (8.3) ne da wzmcnena wspólneg ucf = 0 raz CM f, b jeszcze sam WO ma swój CM WO jeg wartść jest pratyczną grancą sągalną w rzeczywstym uładze: ucf udf 4 CM 3 WO. (8.5) ezystancje wejścwe uładu dla źródeł sygnałów + przy sterwanu nesymetrycznym (załączne tyl jedn z tych źródeł) mają wartśc: a rezystancja wyjścwa f 3 4, f, (8.6) f udf WO. (8.7) A udwo ezystancje wejścwe z zal. (8.6) mgą być jednawe p dpwednm dbrze rezystrów. Będze t znaczał spełnene warunu symetr drugeg rdzaju; wyrównana rezystancj. Jedna nadal są ne stsunw newele, c w przypadu współpracy ze źródłam sygnałów wejścwych +, różnych rezystancjach wewnętrznych pwduje pwstane ddatweg fałszyweg sygnału różncweg. Nedsnałśc prsteg uładu z rys. 8. wyelmnwan w tzw. wzmacnaczu nstrumentalnym, tzn. precyzyjnym wzmacnaczu różncwym zmenanym wzmcnenu. Jedna z wersj taeg uładu (rys. 8.3) zawera dwa stpne. Perwszy stpeń na wzmacnaczach WO WO różncwym wejścu wyjścu zwany DIDO (dfferental nput, dfferental utput) umżlwa zmanę wzmcnena różncweg za pmcą jedneg rezystra G. Wzmcnene wspólne teg stpna wyns. Drug 00

101 8. WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM stpeń na WO3 t precyzyjny wzmacnacz różncwy wzmcnenu, z jednym wyjścem,. Ten stpeń ma jednawe rezystry scalne mnltyczne wraz z WO3, dregulwane w statnm etape prducj, dzę czemu mżlwe jest sągnęce nedładnśc warunu symetr na pzme 0,00 % mnej. Zmany temperaturwe czaswe rezystrów są pratyczne dentyczne, b są ne wynane bardz bls sebe, na tym samym pdłżu w tym samym prcese technlgcznym. Ten stpeń zapewna dużą wartść CM całśc, dzę bardz małemu wzmcnenu wspólnemu, tóreg ne pwęsza ewentualna asymetra rezystrów f zmany wzmcnena perwszeg stpna. ys Wzmacnacz nstrumentalny z wejścwym stpnem DIDO Wzmcnene różncwe całśc wyns udf f f (8.8) G a CM f sąga wartśc (00 30) db. ezystancje wejścwe są bardz duże, równe pratyczne wejścwej rezystancj wspólnej cwo wzmacnaczy WO, WO. Zależne d typu zastswanych wzmacnaczy mże t być wartść d sete M nawet d sete T. W tym przypadu nawet stsunw duże różne rezystancje wewnętrzne źródeł wejścwych sygnałów ne spwdują sttneg błędu w pracy uładu. 8.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Oblcz dla uładu z rys. 8.4, z wartścam elementów z tab. 8. dla Twjej grupy (ndes f znacza właścwść uładu ze sprzężenem zwrtnym): wzmcnene A udf udf sygnału różncweg, granczne wzmcnene A ucf ucf sygnału wspólneg (CM f z tab. 8.!), wejścwe rezystancje wejśca nedwracająceg f+ dwracająceg f, wyjścwą rezystancję f. B) Zadane. Oblcz wartść napęca wyjścweg uładu z rys. 8.4 z wartścam elementów z tab. 8., jeżel napęca wejścwe mają wartśc: 7,598 V, 7,60 V. Zacznj d blczena wartśc wejścwych napęć: różncweg d, wspólneg c (ba mają wpływ na!), przyjmj wartść współczynna tłumena sygnału wspólneg CM f dładne równą 7 db, uważaj na jeg 0

102 PIOT MADEJ defncję! Prawdłwe rzwązane zadana będze warunem dpuszczene grupy d ćwczena! ys ład wzmacnacza różncweg na wzmacnaczu peracyjnym raz zastępczy symbl całśc C) Czy w uładze z rys. 8.4 jest teretyczne spełnny warune symetr czeg naprawdę dtyczy? A c w pratyce mże pwdwać jeg nespełnene? D) Czy zastswane w pratyce rezystry będą na pewn mały wartśc rzeczywste równe znamnwym; czy znasz pjęce tlerancj ch wartśc? * Oszacuj wartść współczynna CM f wzmcnena A ucf przy załżenu najgrszeg rzładu rzeczywstych wartśc rezystrów tlerancj np. %. E) * Ja wpływ na pracę napęcweg wzmacnacza różncweg mgą meć nejednawe stsunw małe rezystancje wejścwe? Wyaż t na przyładze lczbwym. F) Wyprwadź zależnśc d blczena rezystancj wejścwych f+ f- w pt Częśc Dśwadczalnej. Pmc: zastsuj znaczena wzmcneń przy sterwanu uładu sygnałem nesymetrycznym uf+, uf- dalej tratuj wzmacnacz ja zwyły wzmacnacz napęcwy jednym wejścu, lnwy unlateralny, patrz zal. (8.7) CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Tab. 8.. Wartśc elementów dane d uładu z rys. 8.4, w zależnśc d numeru grupy ćwczących Nr grupy [] 8, 0 6,8 0 8, 5,6 [] [] 0 6,8 0 8, 6,8 6,8 4 [] CM f [db] 7 Typ WO OP07C (parametry w tab. 8.3) Zaslane sup = 5 V Płączene uruchmene uładu Płącz uład wzmacnacza różncweg z rys. 8.4, z elementam z tab. 8.. Sprawdź, czy elementy zaslane mają właścwe wartśc. Sprawdź, czy przy wszystch wejścwych napęcach równych zer (wejśca zwarte z masą) na wyjścu jest ne węcej nż,5 mv. 0

103 8. WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM 8.3. Symetryzacja wzmacnacza różncweg Ta peracja jest nazywana symetryzacją perwszeg rdzaju plega pratyczne na mnmalzacj wzmcnena dla sygnału wspólneg lub naczej mówąc, teretyczne na mżlwe dładnym wyrównanu wzmcneń dla bu wejść, nedwracająceg dwracająceg. ys Badane uładu wejścwym sygnałem wspólnym Masz sągnąć współczynn tłumena sygnału wspólneg CM f > 4000 V/V tj. wzmcnene dla sygnału wspólneg A ucf <,5mV/V w uładze z rys Wyn pmarów napęć: wejścweg wspólneg, wyjścweg przed p symetryzacj raz dnane w uładze zmany zantujesz w tabel np. taej, ja tab. 8.. Oblczysz w bu przypadach na zajęcach ucf A ucf w [mv/v] raz CM f w [V/V] w [db] przy załżenu, że udf A udf 0 V/V. Psłużysz sę defncją przyrstwą przy lczenu wzmcnena! Badana przed symetryzacją: ułady z rys , sygnał wspólny c np. 0 V a następne + 9 V, zmerz napęca c, blcz ucf CM. Sfrmułuj wnse: czy uład wymaga symetryzacj? Symetryzuj uład ddając d rezystry szeregwe lub () równległe przy włącznym sygnale wejścwym c = + 9 V d sągnęca żądaneg ucf z lem zapasem np. 0%, czyl d sągnęca wartśc napęca wyjścweg = f( c = 9 V) 8 mv. Wsazówa: jeżel zna ucf przed symetryzacją jest ddatn, t zacznj d zwęszena rezystancj w gałęz, np. ( ) %. Jeżel zna jest ujemny, zacznj d dłączena równlegle d najwęszeg z rezystrów z zestawu elementów. Zmerz napęca, blcz ucf CM f. Tab. 8.. Wyn badana uładu celem symetryzacj Symetryzacja, c ) ucf CM ) f CM f Lp. d = 0 V [V] [mv] [mv/v] [-] [db] Przed 0 (zwra) symetryzacją P 0 (zwra) symetryzacj ) blczać z defncj przyrstwej; ucf = ( )/( c c), ) blczać przy załżenu, że udf uładu jest równe znamnwemu = 0 V/V Aparatura V:, V:. wag Czy trzeba symetryzwać? C zmenn w uładze? Kmpensacja nezrównważena uładu P wynanej symetryzacj mżesz wynać mpensację nezrównważena, czyl mnmalzację błędu zera. Plega na na przesunęcu przejścwej 03

104 PIOT MADEJ charaterysty statycznej wzmacnacza d pczątu uładu współrzędnych prstątnych. Wynaj t w uładze z rys. 8.5, ba sygnały wejścwe: różncwy wspólny mają być równe zer. Zmenaj płżene suwaa ptencjmetru wartśc 00, włączneg w gnazd ZEO maety, pwyżej wzmacnacza peracyjneg, aż d chwl, gdy napęce wyjścwe spadne pnżej 0,03 mv. P tej peracj wzmacnacz różncwy jest gtwy d badań Badane charaterysty przejścwej uładu dla sygnału wspólneg = f( c ), wyznaczene wzmcnena ucf. Sygnał różncwy ma być d = 0 V. Badane z rezystancją źródła sygnału g = 0. Płącz uład zgdne z rys Wynaj badana w zarese c : ( ) V, c V. Czy pzm ucf ne zmenł sę w stsunu d rezultatu z pt. 8.3.? Badane z ddatwym rezystrem źródła sygnału, c symuluje nesymetrę źródeł w przypadu sterwana wejść dwma źródłam. Włącz d pprzedneg uładu rezystr g- = 80,zgdne z rys Wynaj badana ta ja w pprzednm przypadu. Zwróć uwagę na bardz duży wzrst mdułu wartśc ucf. ys Badane uładu wejścwym sygnałem wspólnym, z symulacją nesymetr źródeł ( g-) Badane charaterysty przejścwej uładu dla sygnału różncweg = f( d ), wyznaczene wzmcnena udf. Sygnał wspólny ma być c = 0 V. Badane z rezystancją źródła sygnału g = 0. Płącz uład zgdne z rys ys Badane uładu wejścwym sygnałem różncwym Dzeln z rezystram z umżlwa symetryczne wysterwane bu wejść; zastanów sę, le wynszą wejścwe sygnały: wspólny różncwy w stsunu d wsazań wltmerza V. Wynaj badana w zarese d : (,8 0 +,8) V, c 0,3 V. Zwróć uwagę na trzy dcn charaterysty: śrdwy lnwy dwa nelnwe. Wzmcnene mżesz blczyć tyl dla zaresu lnweg! 04

105 8. WZMACNIACZ ÓŻNICOWY NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM ys Badane uładu wejścwym sygnałem różncwym, z symulacją nesymetr źródeł ( g-) Badane z ddatwym rezystrem źródła sygnału, c symuluje nesymetrę źródeł w przypadu sterwana wejść dwma źródłam. Włącz d pprzedneg uładu rezystr g- = 80,zgdne z rys Wynaj badana ta ja w pprzednm przypadu; w charaterystyce będą też trzy dcn. O le prcent zmenła sę wartść udf? Czy w tam samym stpnu, ja wartśc ucf w punce 8.3.4? Badana d wyznaczena rezystancj wejścwych Wejśca wysterujesz nesymetryczne; d jedneg dłączysz sygnał a druge płączysz z masą, uład z rys. 8.9 a następne z rys Odczytasz dwe wartśc rzędu lu wltów napęca wyjścweg przy stałym pzme napęca ze źródła E g : z rezystrem d na wejścu bez d ( d zastąpsz zwrą lub zewrzesz). Wzmacnacz ne mże wejść w stan nasycena pracy nelnwej! ys Wyznaczane rezystancj wejśca nedwracająceg, sterwane nesymetryczne ezystancja wejśca nedwracająceg. Płącz uład z rys. 8.9, zastsuj rezystr d+ =. Wynaj pmary, pdstaw zmerzne wartśc d wyprwadznej przed zajęcam zależnśc blcz rezystancję wejścwą f+, prównaj ją z wstępnym, teretycznym szacwanem. ys Wyznaczane rezystancj wejśca dwracająceg, sterwane nesymetryczne ezystancja wejśca dwracająceg. Płącz uład z rys. 8.0, zastsuj rezystr d =,5. 05

106 PIOT MADEJ Wynaj pmary, pdstaw zmerzne wartśc d wyprwadznej przed zajęcam zależnśc blcz rezystancję wejścwą f W sprawzdanu mędzy nnym blcz ba wzmcnena uładu ( ucf udf ze zbadanych w pt charaterysty) a z nch CM bez rezystra g- z nm. Prównaj wyn blczeń teretycznych sprzed zajęć z wynam badań uładu, sfrmułuj wns. Tab Pdstawwe właścwśc wzmacnacza peracyjneg stswaneg w ćwczenu Typ WO Parametr OP07C bplarny, precyzyjny. Wartść przy 5C granczna typwa A V0 [V/V] >, CM [db] > 94 0 [mv] < 0,5 0,06 I b [na] < 7,8 d [] 33 M c [] 0 G BW [MHz] > 0,4 0,6 S [V/s] > 0, 0,3 [] 60 06

107 9. NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC 9. NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC Cel: Pznane zasad dzałana, budwy badana uładów nelnwych na wzmacnaczu peracyjnym (WO), na przyładze przetwrna lgarytmująceg raz pmarweg przetwrna prstująceg sygnały przemenne. W ćwczenu zastsujesz WO typu A74 (plsa wersja t LY774N) lub TL08 raz ddatw OP07 w drugm uładze, znamnwe zaslane (supply) sup 5 V. Parametry tych WO zestawn w tab. 9. na ńcu rzdzału. 9.. WSTĘP TEOETYCZNY W trzech pprzednch rzdzałach WO był stswany w uładach lnwej charaterystyce przejścwej, czyl funcj przetwarzana sygnału typu welmanu perwszeg stpna. Ne jest t jedyny bszar wyrzystana WO. Sprą grupę aplacyjną stanwą ułady nelnwej charaterystyce. Pza WO są w nch stswane elementy eletrnczne defncyjne nelnwych charaterystyach, ja np. ddy, tranzystry. W ramach ćwczena zapznasz sę z dwma przyładam tach uładów: przetwrnem lgarytmującym raz pmarwym przetwrnem napęca przemenneg na stałe, czyl przetwrnem AC-DC PZETWONIK LOGAYTMJĄCY Przetwrn charaterystyce przejścwej psanej funcją lgarytmczną Aln( B ) (9.) jest stswany d mpresj dynam wartśc sygnału, np. z lu dead zmennśc na jedną deadę, raz w uładach wynujących analgw peracje uważane pwszechne za czyst numeryczne, ja np. mnżene czy dzelene. W uładze przetwrna pza WO jest stswany element półprzewdnwy wyładnczej zależnśc prądu d napęca. Mże t być dda półprzewdnwa, jedna lepszą dładnść dzałana ma uład z tranzystrem T, ja na rys. 9.. Gdy napęce wejścwe jest ddatne, tranzystr T przewdz napęce wyjścwe jest ujemne, prprcjnalne d lgarytmu z prądu letra tranzystra I C, pratyczne równeg prądw wejścwemu uładu I. Ddatwa dda D w uładze, włączna równlegle z tranzystrem T jest wtedy splaryzwana zaprw płyne przez ną bardz mały prąd wsteczny I D. Dper przy ujemnym znau dda D przewdz, granczając ddatne napęce wyjścwe d ł 0,7 V, czyl zabezpecza WO przed sągnęcem przez jeg wyjśce stanu nasycena przy taej plaryzacj wejśca. Przy bardz małych prądach wejścwych ba elementy półprzewdnwe mają bardz duże rezystancje. Aby w tam stane uładu granczyć wpływ zmennych sygnałów załócających, szumów, włączn d uładu ndensatr C, tóreg reatancja maleje ze wzrstem częsttlwśc załóceń, a tym samym maleje wzmcnene uładu. Praca uładu w zasadze pera sę na de przetwarzana lgarytmu wejścweg prądu I na wyjścwe napęce ; wyna t z rdzaju charaterysty przejścwej zastswaneg elementu nelnweg raz spsbu jeg płączena z WO. ezystr 07

108 PIOT MADEJ pełn rlę przetwrna wejścweg napęca na prąd I. Pzrna masa w węźle przy we-wo pwduje, że uład ma cechy VEA (patrz rzdzał 7) tae przetwrzene na I jest pratyczne pzbawne błędu metdy. ys. 9.. Przetwrn lgarytmujący napęce wejścwe, z tranzystrem ja pdstawwym elementem nelnwym Przy ddatnm napęcu wejścwym, w uładze z dealnym WO ( d 0 V, zerwy prąd I b- wejśca WO, zerwa rezystancja wyjścwa WO): I, raz I C I I I ST C I D I I I BE [ep( ) ] gdy CB d 0 V, M T T C SD C, BE (9.) gdze: I D prąd wsteczny ddy, równy pratyczne I SD przy wstecznym napęcu na ddze rzędu luset mv, I ST, I SD wsteczne prądy nasycena, dpwedn tranzystra ddy, I C prąd letra tranzystra, BE CB napęca tranzystra, dpwedn baza-emter letr-baza, T ptencjał eletrtermczny = T/q = 5,5 mv przy T = 96 K, =, J/K = 86,7 ev/k stała Bltzmanna, q = e =,600-9 C ładune elementarny, T temperatura wnętrza tranzystra, ddy w elwnach, M T współczynn recyjny dla tranzystra, równy prawe. Stswane w labratrum elementy przy T = 96 K mają przecętne wsteczne prądy nasycena: I ST rzędu ludzesęcu fa, I SD rzędu pjedynczych na. zeczywste wartśc mgą różnć sę nawet jedną d dwóch dead wartśc. Przy dstateczne dużych wartścach wejścweg prądu stsune I C /I ST jest na tyle duży, że w nawase wadratwym z zależnścą espnencjalną w (9.) mżna pmnąć jedynę p przeształcenach zależnść psująca charaterystyę przejścwą będze mała pstać znamnwą: M T T ln. (9.3) I ST Prównane zależnśc (9.) (9.3) wyazuje, że uład w zasadze spełna wymagana. Odpwedne współczynn w (9.), przy lgarytmwanu ddatnch napęć (gałąź charaterysty w IV ćwartce uładu współrzędnych prstątnych: na wejścu + stąd ndes +, na wyjścu ) mają wartśc: 08

109 9. NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC A M T T, B. (9.4) I Oba współczynn są wymarwe, zależą d temperatury (welśc T I ST ), a taże d egzemplarza zastswaneg tranzystra. Stswane w pratyce ułady są mcn rzbudwane w stsunu d wersj najprstszej z rys. 9. znaczne zmnejszają te zależnśc. Przy najmnejszych przetwarzanych napęcach pdstawwą przyczyną błędu będą ba wsteczne prądy nasycena (I ST I SD ), prąd we-wo, pratyczne równy wejścwemu prądw plaryzacj I b- raz wejścwe napęce nezrównważena WO. Błąd ten najwygdnej zdefnwać w stsunu d wejścweg, ddatneg prądu uładu: ST I I ST, I SD, I I, 00 % b ST I I I. ST I I SD SD I b b 00 % I (9.5) Przy dużych wejścwych napęcach prąd przepływający przez tranzystr mże spwdwać zauważalny ddatwy spade napęca na resztwej statycznej rezystancj złącza baza-emter E rzędu lu mów, zwęszający mduł napęca wyjścweg. Będze mał n znaczene, gdy prąd wejścwy sągne rząd ma. Ten błąd najwygdnej dneść d napęca wyjścweg, w tym przypadu ujemneg (napęca pdstawaj ze znaem!): IE E E E 00 % 00 % 00 %. (9.6) W przypadu ujemneg znau napęca wejścweg tranzystr jest zatany a przewdz dda. Zwąze mędzy napęcem wyjścwym wejścwym uładu jest taże lgarytmczny. Będze t gałąź charaterysty w II ćwartce prstątneg uładu współrzędnych, współczynn A B w znamnwej zależnśc (9.) będą mały nne wartśc zna. Teraz trzeba uwzględnć M D współczynn recyjny dla ddy, ddatwy mnżn T w zależnśc espnencjalnej taej, ja w (9.), w przedzale dla rzemwych dd unwersalnych prstwnczych (patrz rzdz. ): A M D T, B. (9.7) I Pdstawwe błędy przetwarzana najmnejszych najwęszych prądów będą c d zależnśc pdbne; rezystancję E tranzystra zastąp resztwa statyczna rezystancja ddy D : SD I 00 % I, I, I, I I I ST SD b D D 00 % 00 %. D SD ST b, (9.8) 09

110 PIOT MADEJ Zależnść pdstawwa (9.3) błędy (9.5) (9.6) byłyby nezależne d znau wejścweg napęca tyl wtedy, gdyby zastswać równlegle d tranzystra T struturze npn drug tranzystr mplementarny, tj. dentycznych właścwścach, ale pnp. Mżna byłby wtedy ddatw spdzewać sę wzajemnej mpensacj błędów spwdwanych wstecznym prądam nasycena tych tranzystrów. Par tranzystrów tach właścwścach nestety ne ma! 9... POMIAOWY PZETWONIK AC-DC Przetwrn AC-DC t naczej prstwn, czyl uład dający na wyjścu wartść bezwzględną z przemenneg sygnału wejścweg. Ddatwy przymtn pmarwy sygnalzuje, że chdz w tym przypadu wersję dładną, pratyczne nezauważalnym wpływe rzeczywstych charaterysty zastswanych elementów jednerunwych dd. Częst ta uład jest nazywany prstwnem lnwym, ze względu na znamnwą pstać psu charaterysty dla jedneg znau wejścweg sygnału, w przyładze wersja zapsu dla napęcwych sygnałów na wejścu wyjścu: t u t. u (9.9) Wersja pdstawwa taeg uładu (rys. 9.) słada sę z dwóch stpn na wzmacnaczach peracyjnych. Perwszy stpeń jest uładem nelnwym, wzmacnacz współpracuje z dwma ddam na jeg wyjścu (sygnał u ) jest alb wzmcnna wartść ddatneg napęca wejścweg z ujemnym znaem, alb zer, gdy napęce wejścwe jest ujemne. Drug stpeń jest lasycznym lnwym sumatrem dwracającym, dającym na wyjścu ujemny spade napęca z rezystra 5, pchdzący d sumy prądów z 3 4. W efece cały uład prstuje dwupłóww sygnał wejścwy. ys. 9.. Pmarwy przetwrn AC-DC, czyl prstwn lnwy Przy pmnęcu wstecznych prądów dd raz nedsnałśc wzmacnaczy: dla u a dla u, gdy u, gdy u u, u, u t u u t t u t. 4 5, 4 (9.0) Aby transmtancja dla napęć bu znaów był jednawa, mus być spełnny warune: (9.)

111 9. NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC Mżna g sprawdzć srygwać bra jeg spełnena wsute różnc mędzy wartścam rzeczywstym znamnwym rezystrów np. pprzez adjustację (tutaj dregulwane 3 ) przy wstępnym badanu uładu sygnałem stałnapęcwym. Bez taej adjustacj mże pjawć sę błąd asymetra charaterysty dla u + u. Częst w lteraturze zaleca sę budwę teg uładu z wartścam rezystrów 4 5 raz 3 0,5, (9.) c daje m.n. wartść transmtancj w zależnśc (9.9) równą jeden. Jest t wygdne rzwązane, ale ne jedyne! Głównym źródłam błędów dzałana uładu, pza czywśce nedładnścą rezystrów, są wejścwe napęca nezrównważena raz prądy plaryzacj wejść dwracających bu wzmacnaczy. Wyjścwe napęce nezrównważena, czyl bezwzględny błąd zera charaterysty przejścwej uładu, dla ddatneg napęca wejścweg u +, tj. gdy u u u, I b I I b b 5 5 3, (9.3) a dla ujemneg napęca wejścweg u, tj. gdy u u 5 u, Ib Ib5. (9.4) 3 4 W bu statnch zależnścach zna + w ndesach znaczeń welśc dnszą sę d znau napęca wejścweg, b w bu przypadach napęce wyjścwe jest ddatne! Jeżel wartśc rezystrów w uładze są dbrane zgdne z sugestą w (9.), t zależnśc (9.3) (9.4) upraszczają sę d pstac: I I, 4 b b (9.5) 8 Ib. (9.6) 3 Wpływ prądów plaryzacj w zależnścach (9.3) (9.4) mżna zmnejszyć włączając rezystry mędzy wejśca nedwracające WO masę, wartścach w perwszym stpnu uładu w drugm stpnu. W tam przypadu w zależnścach będą wejścwe prądy nezrównważena, la razy mnejsze d prądów plaryzacj. W ćwczenu tae rezystry ne będą stswane. Ddatwy ndensatr, włączny równlegle d 5 (ja na rys. 9.4) spwduje, że w rezultace drug stpeń będze ntegratrem sumującym; dfltruje sładwe przemenne na wyjścu pzstane pratyczne tyl sładwa stała wyprstwaneg sygnału.

112 PIOT MADEJ 9.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Przypmnj sbe spsby pdawana właścwśc WO (tabele, wyresy, warun) raz wartśc pdstawwych parametrów dla wzmacnaczy, tóre mgą być stswane w ćwczenu z tab. 9. na ńcu prgramu ćwczena na strnach nternetwych prducentów uładu. Przyład zaslana zerwana uładu na WO znajdzesz w rzdz. 6, rys. 6.. B) Oblcz wartść jedneg, stałeg rezystra d uładu lgarytmująceg z rys. 9. według danych dla grupy w tab. 9., a następne współczynn w transmtancj uładu w temperaturze tczena T = 96 K, w IV II ćwartce prstątneg uładu współrzędnych. Przyjmj d wstępnych blczeń wartśc wstecznych prądów nasycena I ST = 0 fa, I SD =,0 na raz współczynnów recyjnych M T =,00 M D =,80. C) Oblcz czewany zares zman napęca na wyjścu uładu lgarytmująceg czyl grance mn ma, jeżel napęce wejścwe będze ze znaem plus, a następne mnus w przedzale (0,0 0) V. D) Oblcz sładn błędu przetwarzana uładu lgarytmująceg dla najmnejszych najwęszych wartśc wejścweg sygnału; przyjmj typwe wartśc prądu plaryzacj napęca nezrównważena WO typu A74 z tab. 9. raz resztwe rezystancje szeregwe tranzystra E =,0 ddy D =,0. E) Oblcz wartśc rezystrów 3 5 d lnweg prstwna z rys. 9.: peraj sę na danych dla grupy z tab. 9. raz spełnj warune, że średna wartść napęca wyjścweg DC pwnna być równa sutecznej wartśc wejścweg sygnału snusdalneg uwaga, ne będze wtedy =! względnj mżlwść dregulwana wartśc 3 za pmcą rezystra zmenanej rezystancj d lub 0 (rys. 9.4), stanwącej ne węcej nż 30 % całej rezystancj CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Tab. 9.. Wartśc elementów d nelnwych przetwrnów na wzmacnaczach peracyjnych ład Element, Numer grupy welść ys. 9., przetwrn I ma [ma] 5 0, 0,5 0,3 lgarytmujący, [V] 0,0 0 dwracający WO A74 lub TL08 ys. 9., pmarwy przetwrn AC-DC = [] [] WO WO A74 lub TL08 OP Przetwrn lgarytmujący; zerwane wzmacnacza, płączene uładu uruchmene Ćwczene wynasz w górnej częśc maety Wzmacnacze Operacyjne, rys Wybrany WO d pracy w przetwrnu płącz w nfguracj wtórna przy zwartym wejścu smpensuj jeg wejścwe napęce nezrównważena za pmcą ptencjmetru ZEO, 0 lub 0 d WO typu A74 raz 00 d WO typu TL08.

113 9. NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC ys ład d badana przetwrna lgarytmująceg sygnałem DC Pzstaw ten ptencjmetr w uładze, płącz uład przetwrna lgarytmująceg z rys. 9.3 z przyrządam d badana. Pdaj na wejśce ze źródła DC lejn napęce ł 0 V, + 0 V a następne 0 mv, + 0 mv, zapsz prównaj reację uładu napęce wyjścwe z wartścam blcznym przed zajęcam. W raze dużych rzbeżnśc wymeń elementy na pełnsprawne Charaterystya przejścwa transmtancja przetwrna lgarytmująceg Zbadaj charaterystyę przejścwą uładu = f( ) sygnałem DC ddatnm ujemnym (0,0 0) V na wejścu, w sewencj ( 3 0)0, całwte. Zmerz taże reację uładu na zerwe napęce wejścwe (wejśce zwarte) raz zerwy prąd wejścwy (wejśce twarte wszące ). Zmerz rezystancję zastswaneg rezystra raz temperaturę w labratrum. W sprawzdanu m.n. przedstaw wyn na wyresach lnwym a następne półlgarytmcznym ( ze salą lnwą). Ze względu na mżlwe łpty ze strny edytra wyresów przy ujemnych wartścach, zaleca sę wyreślać = f( ) lub = f(i ). Z wyresów lub wynów z tabel wyznacz prawdzwe wartśc współczynnów A, B w zapse transmtancj uładu, ddzelne dla bu gałęz charaterysty, ne zapmnj właścwych znaach jednstach! Następne blcz prawdzwe parametry M I S bu elementów nelnwych, zastswanych w pętl wół WO. Prównaj wartśc przyjęte szacwane przed zajęcam z blcznym z badań Pmarwy przetwrn AC-DC, płączene uładu symetryzacja Płącz uład zgdne z rys Dłączając na zmanę na wejśce n ddatne ujemne stałe napęce tym samym mdule rzędu lu wltów reguluj zmenną część 3 przy ddatnm, aż reacja uładu w bu przypadach będze pratyczne dentyczna Charaterystya przejścwa transmtancja przetwrna AC-DC Zbadaj charaterystyę przejścwą uładu = f( ) sygnałem DC, dłącznym ja na rys. 9.4 d wejśca (n), w zarese d 9 V d + 9 V, c 3 V, z ddatwym puntam V, 0,5 V raz zerem (wejśce zwarte). Wynaj wyres całej charaterysty blcz transmtancje uładu dla ddatnch ujemnych sygnałów wejścwych. Oblcz błąd zera, błąd symetr charaterysty błąd lnwśc uładu. Defncje tych błędów znajdź w lteraturze snsultuj z prwadzącym zajęca. 3

114 PIOT MADEJ n C n C 0 V cm WO D D 3 WO ut V cm ys Pmarwy przetwrn AC-DC z aparaturą d badana wejścwym sygnałem DC Badane przetwrna AC-DC sygnałem przemennym Dłącz d uładu aparaturę zgdne z rys waga, wejścem uładu jest teraz n. Ta zmana w stsunu d pprzedneg puntu ma wyelmnwać wpływ ewentualnej resztwej sładwej stałej w sygnale z generatra. ys Pmarwy przetwrn AC-DC z aparaturą d badana wejścwym sygnałem AC Wyłącz w drugm stpnu uładu ndensatr C. Pdaj na wejśce sygnał snusdalny częsttlwśc luset Hz wartśc sutecznej rzędu lu wltów. Obserwuj na scylspe ształt sygnału wyjścweg przy stpnwym jeg zmnejszanu, zantuj uwag. Włącz C przy lu wltach na wejścu bserwuj tętnena w wyjścwy sygnale. Następne przy włącznym C zbadaj charaterystyę przejścwą uładu DC = f( MS ) w zarese lnwej pracy uładu. Punty pmarwe grupa dbera sama; wynane tej częśc będze ddatw cenane. Oblcz transmtancję z statnej charaterysty. Czy jej wartść jest zgdna z żądaną,00? Jae jest względne dstępstw d znamnwej wartśc? 4

115 9. NIELINIOWE PZETWONIKI SYGNAŁ NA WZMACNIACZ OPEACYJNYM. KŁAD LOGAYTMJĄCY, POMIAOWY PZETWONIK AC-DC n C d 4 ZW ZW n ZW ZW D D d 3 3a z z C 3bZW 4 ( 3c ) ZW 5a C 5b ys Prpzycja łączena uładu pmarweg przetwrna AC-DC, ZW t zwry Tab. 9.. Pdstawwe właścwśc wzmacnaczy peracyjnych, stswanych w ćwczenu Typ WO A74, bplarny, standardwy TL08C, JFET, standardwy, szybszy OP07C, bplarny, precyzyjny Wartść przy 5C Wartść przy 5C Wartść przy 5C Parametr ) granczna typwa granczna typwa granczna typwa A V0 [V/V] > >, >, CM [db] > > > 94 0 [mv] < 6 < 0 3 < 0,5 0,06 I b [na] < < 0,4 0,0 < 7,8 I [na] < 00 0 < 0, 0,005 < 6 0,8 d [] M T 33 M c [] 00 M > T 0 G BW [MHz] > 0,5 0,7 >,5 4 > 0,4 0,6 S [V/s] 0,5 > 8 6 > 0, 0,3 [] ) - wartśc z atalgu prducenta, tóreg wyrób jest używany w labratrum 5

116

117 0. GENEATO FALI SINSOIDALNEJ 0. GENEATO FALI SINSOIDALNEJ Cel: Pratyczne pznane uładu generatra fal snusdalnej, tzw. czwórnweg na wzmacnaczu peracyjnym z seletywnym uładem C: warun wzbudzena stablnej pracy uładu, dbór elementów, wpływ zaslana bcążena. Metdy badana psu, analza wynów spsób ch prezentacj, prównane wynów badań z szacwanam teretycznym. Płączysz, uruchmsz zbadasz generatr fal snusdalnej z czwórnem Wena na WO typu OP07 (rys. 0.), w częśc Wzmacnacze Precyzyjne maety ze Wzmacnaczam Operacyjnym (rys. 4.6). Wzmacnacz będze pracwał lnw, bjęty dwma pętlam sprzężena zwrtneg: ddatną seletywną C, ustalającą częsttlwść generacj ujemną nelnwą, ustalającą napęce wyjścwe. Znamnwe zaslane uładu będze symetryczne sup 5 V. Pdstawwe parametry wzmacnacza peracyjneg stswaneg w ćwczenu znajdzesz w tab. 0.4, na ńcu rzdzału. 0.. WSTĘP TEOETYCZNY Generatry w uładach eletrncznych dstarczają zazwyczaj sygnałów reswych nretnej częsttlwśc pżądanym ształce fal. Generatr mus meć uład atywny, zamenający część energ zaslana w energę sygnału wyjścweg. Mże t być tranzystr w nretnym uładze pracy (np. WE), wzmacnacz peracyjny, funtr cyfrwy. W generatrze muszą taże być bwdy z elementam ustalającym częsttlwść napęce fal. Generatry z defncj ne psadają wejśca sygnału; są uładam samwzbudnym a ne przetwrnam sygnałów, natmast netóre mają tzw. wejśce blady, przerywające w raze ptrzeby generację fal GENEATO FALI SINSOIDALNEJ Z SELEKTYWNYM CZWÓNIKIEM WIENA W uładze teg generatra (rys. 0.) wzmacnacz pracuje lnw; jeg wyjśce ne wchdz w stany nasycena. D ustalena częsttlwśc generacj służy seletywny czwórn Wena z gałęzam: szeregwą b C b mędzy wyjścem a wejścem WO równległą a C a z wejśca WO d masy. Pneważ w tym seletywnym czwórnu ąt przesunęca fazweg jest zerwy przy częsttlwśc charaterystycznej, a mduł transmtancj sąga przy nej masmum (patrz rzdz., rys..0), czwórn włączn p strne nedwracająceg wejśca WO, twrząc pętlę ddatneg sprzężena zwrtneg DSZ. Pętla ujemneg sprzężena zwrtneg SZ, zapęta mędzy wyjścem WO a jeg dwracającym wejścem mus zawerać m.n. element zmenający swje właścwśc, np. rezystancję dynamczną, pd wpływem napęca wyjścweg, c w efece ustal ampltudę wyjścwej fal na pżądanej wartśc. W uładze z rys. 0.a tym elementem są płączne równlegle ddy D D rezystancj dynamcznej r D = f(u ), twrzące z rezystrem b nelnwy dwójn rezystancj b r D, malejącej ze wzrstem napęca sygnału wyjścweg. Przy chwlwym wzrśce napęca transmtancja czwórna w pętl SZ rśne, a węc neprprcjnalne bardzej rśne napęce na wejścu dwracającym WO, rśne SZ hamując dalszy wzrst; ampltuda sygnału wyjścweg jest pratyczne stablna. Pżądaną wartść ampltudy ustala sę nastawą wartśc rezystra. 7

118 PIOT MADEJ a) b) u - a u + a D WO C a b b D u Cb T 4 5 C 3 a u - b a u + a b WO D C a b C b u ys. 0.. Schematy uładów generatrów fal snusdalnej z seletywnym czwórnem Wena w pętl DSZ: a) z ddam w pętl SZ, b) z tranzystrem plwym w pętl SZ zwązane uładwe jest prste, tane mał zawdne, ale ształt wyjścweg sygnału jest słabej jaśc wsute reagwana dd na wartść chwlwą sygnału. Jaść sygnału pprawa sę, gdy rezystancja nelnweg dwójna maleje w prównanu z rezystancją a. Autr zaleca dbór wartśc a = ( 5) b. Lepsze rzwązane t zastswane w pętl SZ elementów reagujących na wartść suteczną, ale uśrednną w pewnym przedzale czasu, np. rzędu lunastu luset mlseund. Przyładem taeg elementu mże być termstr NTC, włączny w mejsce dd, zmnejszający swą rezystancję wsute wzrstu wydzelającej sę w nm mcy. W przypadu zastswana termstra PTC lub żarówecz małej mcy z włónem wlframwym, tórych rezystancja rśne ze wzrstem mcy, pwnn sę je włączyć zamast rezystra. Bardzej smplwane uładw rzwązane pętl SZ pazan na rys. 0.b. Twrzą ją rezystry a, b, b raz rezystancja anału typu n złączweg tranzystra plweg T, znaczna ja a. Kanał tranzystra pracuje ja rezystr wartśc sterwanej ujemnym napęcem mędzy bramą źródłem. jemne napęce sterujące t wyn wyprstwana przez ddę D dfltrwana przez ndensatr C wyjścwej snusdy. ezystr 5 ustala stałą czaswą ładwana ndensatra, a rezystr 4 ustala znaczne węszą stałą czaswą jeg rzładwana. ezystr 3 pprawa lnwść pracy tranzystra, a d regulacj służą: rezystr nastawny b ptencjmetr 4. W trace pracy uładu chwlwe napęce na anale tranzystra ne pwnn przeraczać ł 00 mv; m będze mnejsze, tym bardzej lnwa będze zastępcza rezystancja a, a węc blższy deałw ształt sygnału. Częsttlwść charaterystyczną f seletywneg czwórna Wena w uładach z rys.0. reślają stałe czaswe gałęz, a najlepsza strmść seletywnść charaterysty transmtancj czwórna d częsttlwśc będze przy ch równśc: a aca b bcb, f, (0.) π przy czym pwnen być spełnny warune b a. Gdy b = a, czwórn jest nazywany symetrycznym. Z równśc stałych czaswych w zależnśc (0.) wyna bardz sttny zwąze mędzy stsunam wartśc elementów czwórna: b C a. (0.) a C b 8

119 0. GENEATO FALI SINSOIDALNEJ Przy częsttlwśc f przesunęca fazwe w bu pętlach sprzężena zwrtneg są zerwe, a mduły transmtancj pwnny być prawe jednawe ścślej ch różnca pwnna być równa dwrtnśc wzmcnena różncweg WO. Dla uładu z rys. 0.a mduły transmtancj czwórnów, twrzących pętle:, (0.3) b b a 3 f a, gdze a b rd. (0.4) f Z prównana zależnśc (0.3) (0.4) warune mdułów, dla generacj, ma pstać: b. (0.5) a Gdyby w uładze zastswać czwórn seletywny mnmum mdułu transmtancj przy częsttlwśc charaterystycznej zerwym przesunęcu fazwym przy nej, ja np. uład T zbcznwane (patrz rys. 7. w rzdz. 7), t pwnen być n włączny p strne wejśca dwracająceg WO. W tam przypadu czwórn z elementem nelnwym, ustalający ampltudę wyjścwej fal pwnen być włączny p strne wejśca nedwracająceg wzmacnacza, a gałąź malejącej rezystancj przy wzrśce sygnału mędzy tym wejścem a masą uładu. 0.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Oblcz częsttlwść generacj f uładu generatra fal snusdalnej z rys. 0.a, na pdstawe danych z tab. 0. dla Twjej grupy. Nelnwy dwójn równlegle płącznych D b D ne wymaga sładana, jest w labratrum a dane jeg elementów są w tab. 0.. Przyjmj d blczeń, że przy stablnej pracy uładu całwta zastępcza rezystancja teg dwójna t ł ½ b. Oblcz rezystancję, spełnającą warune wzbudzena stablnej pracy. B) Ja zmena sę zastępcza rezystancja teg nelnweg dwójna przy wzrśce ampltudy generwaneg sygnału? Ja zmena sę w tym przypadu transmtancja czwórna w pętl SZ? Na jaą wartść naprawdę reaguje ten dwójn? C) Ja zachwa sę uład generatra, czyl c mże być na wyjścu dlaczeg, gdy dłączysz rezystr, tzn. =? A ja dlaczeg, gdy zastąpsz zwrą? D) Ja pwnen być płączny czwórn w pętl SZ, jeżel elementem wrażlwym na sygnał byłaby żarówecza małej mcy z włónem wlframwym? Na jaą welść sygnału wyjścweg ja reagwałby ten element? Narysuj schemat taeg generatra. 9

120 PIOT MADEJ 0.3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Płączene wstępne uruchmene uładu Płącz uład generatra fal snusdalnej z rys. 0., bez rezystra bcążena L, ze znamnwym zaslanem sup. Włącz zaslane, uruchm uład, sprawdź, czy ampltuda fal reaguje na zmany wartśc. Sprawdź, czy ształt częsttlwść jest właścwa (pamętaj tlerancj wartśc rezystrów ndensatrów). Odłącz rezystr ( = ) a następne w jeg mejsce włącz zwrę ( = 0 ). Jae efety bserwujesz w bu przypadach na wyjścu uładu dlaczeg? Zameść dpwedź z analzą w sprawzdanu. Tab. 0.. Wartśc, typy elementów d uładu generatra, w zależnśc d numeru grupy ćwczących ład, rysune Generatr snusdy, rys. 0.. Element Numer grupy a [] 0 6,8 8, 6,8 8, 0 b [] 3,3 D, D N448 a [] 3,9 4,7 4, b [] 4, C a [nf] ,3 0 C b [nf] ,3 3,3 ys. 0.. Schemat uładu generatra fal snusdalnej z czwórnem Wena pętlą stablzacj ampltudy wraz z elementam przyrządam d badana Badana wpływu zaslana bcążena na uład stalene warunów dnesena dla dalszych badań. Za pmcą rezystra w pętl ujemneg sprzężena zwrtneg ustaw na wyjścu znamnwą wartść suteczną n = 4,000 V. Zapsz w tab. 0. dczytane wartśc znamnwe f n, n, n ; czy są ne zgdne z blcznym? Przyjrzyj sę ształtw sygnału, zapsz uwag lub sftgrafuj przebeg. Ne zmenaj, zbadaj wpływ zman napęć zaslana sup raz bcążena wyjśca rezystrem L na częsttlwść f wyjścwe napęce. Wyn zapsuj w tabel, taej ja np. tab

121 0. GENEATO FALI SINSOIDALNEJ Opsz sut za pmcą zman względnych, prcentwych (lumna f fn n Oblczena w tab. 0.): f 00%, 00%. f L.p. Tab. 0.. Prpzycja tabel d zapsu wynów badana w pt Wpływ zaslana bcążena na generację, pt Stswana aparatura: n Warun badana Odczyty Oblczena L sup f f [] [V] [Hz] [V] [] [%] [%] 5 f n = n = n = 9 n 3 +5/9 n 4 +9/5 n 5 5 n Badana wpływu zman rezystancj w pętl ujemneg sprzężena zwrtneg na częsttlwść fal f napęce, stablnść pracy, ształt snusdy Generatr z nebcążnym wyjścem zaslany znamnwym napęcam ± 5 V. Ta reguluj, aby zmany wartśc były d 8,5 V w dół c 0,5 V, a d V c 0,5 V. Wyn zapsz w tabel, np. taej ja tab n Oblcz w tabel względne zmany 00%, przyjmj za n tą n wartść, tóra daje na wyjścu generatra znamnwe n, z pt W sprawzdanu mędzy nnym wyreśl zależnśc = f( ) raz f = f( ), reśl na pdstawe wyresów ptymalny dla właścwśc generatra zares ryterum t mała czułść napęca częsttlwśc f na zmany tej rezystancj. Tab Prpzycja tabel d zapsu wynów badana w pt Wpływ na generację, L =, sup = 5 V, pt Stswana aparatura:. Znamn. Odczyty pmary Oblczena L.p. f f [V] [V] [Hz] [] [%] [%] 8,5 8,0 3 7,5 4 7,0 5 6, Zmeń rezystr a na ł dwa razy mnejszy, pwtórz badana blczena z pt Jae sttne różnce zauważasz w pracy, właścwścach w prównanu z pprzednm przypadem? n

122 PIOT MADEJ * Zmeń czwórn w pętl SZ Elementem wrażlwym na sygnał będze teraz żarówecza z włónem wlframwym typu V/0 ma ma 600 lub V/50 ma ma 40. Wyłącz dwójn z ddam! Narysuj schemat uładu, płącz uruchm uład. Jeżel Twój czwórn Wena jest nesymetryczny, uład mże sę ne wzbudzć; zastąp g czwórnem symetrycznym w przumenu z prwadzącym zajęca. Wynaj badana blczena ja w pt , ale d 8 V napęca wyjścweg, c V. Odnesenem przy blczenach będą wyn przy n = 4,0 V. Jaa jest teraz jaść ształtu sygnału? Zwróć uwagę na zjaws stsunw długeg ustalana sę ampltudy sygnału p zmane wartśc rezystra regulacyjneg. Spróbuj wytłumaczyć przyczynę. Prównaj wyn, wyresy spstrzeżena z pprzednm uładem. Wynaj m.n. wspólne, prównawcze wyresy dla tych trzech przypadów, sfrmułuj wns. Tab Pdstawwe właścwśc wzmacnacza peracyjneg stswaneg w ćwczenu Typ WO Parametr OP07C bplarny, precyzyjny. Wartść przy 5C granczna typwa A V0 [V/V] >, CM [db] > 94 0 [mv] < 0,5 0,06 I b [na] < 7,8 d [] 33 M c [] 0 G BW [MHz] > 0,4 0,6 S [V/s] > 0, 0,3 [] 60

123 . GENEATOY FALI POSTOKĄTNEJ, TÓJKĄTNEJ. GENEATOY FALI POSTOKĄTNEJ, TÓJKĄTNEJ Cel: Pratyczne pznane uładów najprstszych generatrów fal nesnusdalnej na wzmacnaczu peracyjnym (WO); dbór elementów, warun wzbudzena stablnej pracy uładów, wpływ zaslana bcążena. Metdy badana psu, analza wynów spsób ch prezentacj, prównane wynów badań z szacwanam teretycznym. Zbadasz generatry na wzmacnaczach peracyjnych (WO) z pętlam C: a) generatr fal prstątnej na WO typu A74 (rys..); jest t generatr relasacyjny z WO pracującym dwustanw, ja mparatr z hsterezą, b) generatr funcyjny, fal prstątnej trójątnej na dwóch WO, A74 OP07 (rys..), pracujących w nfguracj mparatra napęcweg ntegratra; sprzężene tych uładów daje samwzbudną generację fal prstątnej na wyjścu mparatra fal trójątnej na wyjścu ntegratra. Znamnwe zaslane uładów będze symetryczne, wartśc sup 5 V. Pdstawwe parametry stswanych w ćwczenu wzmacnaczy peracyjnych znajdzesz w tab..4 na ńcu rzdzału, a ćwczene wynasz w górnej częśc maety Wzmacnacze Operacyjne, rys WSTĘP TEOETYCZNY Generatry w uładach eletrncznych dstarczają sygnałów zazwyczaj reswych nretnej częsttlwśc pżądanym ształce fal. Generatr mus meć uład atywny, zamenający część energ zaslana w energę sygnału wyjścweg. Mże t być tranzystr, wzmacnacz peracyjny, funtr cyfrwy. W generatrze muszą taże być bwdy z elementam ustalającym częsttlwść napęce fal. Generatry z defncj ne psadają wejśca sygnału; są uładam samwzbudnym a ne przetwrnam sygnałów, natmast netóre mają tzw. wejśce blady, przerywające w raze ptrzeby generację fal.... ELAKSACYJNY GENEATO FALI POSTOKĄTNEJ ys... Schemat uładu relasacyjneg generatra fal prstątnej raz przebeg wyjścwy W generatrze fal prstątnej z rys.. wzmacnacz peracyjny WO pracuje nelnw dwustanw, ja mparatr napęca z pętlą hsterezy, wytwrzną za pmcą 3 4 dzelna napęca wyjścweg. Kndensatr C przeładwuje sę na zmanę przez jednerunwe gałęze z rezystram. Ampltudy fal, ddatna ujemna są równe napęcm nasycena wyjśca WO, a węc zależą d napęć zaslana 3

124 PIOT MADEJ uładu raz typu egzemplarza WO. Czas trwana częśc ddatnej fal jest prprcjnalny d stałej czaswej C a częśc ujemnej d C, a ba czasy zależą d parametrów pętl hsterezy. Gdy suma ampltud: wyjścwej na ndensatrze jest znaczne węsza d napęca prgweg dd, zależnśc na res fal czas częśc ddatnej mają pstać: a, t C a T C ln ln (.) gdze a jest parametrem zależnym d szerśc pętl hsterezy 3 a. (.) Czasam w lteraturze sptya sę zalecene taeg dbru 3 4, aby parametr a był równy pdstawe lgarytmu naturalneg wtedy w zależnścach (.) są tyl stałe czaswe. Ten warune ne jest neczny d prawdłweg dzałana uładu. Autr prpnuje bardzej racjnalne, gólnejsze zalecene dbru rezystra 3 : 4 3 0, 4, 4. (.3) Isttnym parametrem przebegu wyjścweg jest tzw. stpeń (współczynn) wypełnena fal (Flng Factr f square), czyl udzał czasu trwana częśc ddatnej t + w rese T, pdawany w prcentach (rys..b). D jeg ustalena służą w uładze z rys..a dwe ddzelne gałęze przeładwana ndensatra, z z : FF sq t 00% 00%. (.4) T Generwana fala ma naprawdę ształt trapezwy, ja na rys..b. Jest t spwdwane granczną szybścą zmany napęca na wyjścu WO, psaną parametrem S (Slew ate) wzmacnacza, np. dla WO typu A74 ma n wartść (0,5 ) V/s. Efetem tej własnśc są stałe czasy zbczy przebegu: narstu t n padana t, nezależne d częsttlwśc fal, a zależne d napęć zaslana, ścślej d wartśc mędzyszczytwej na wyjścu p-p. Jaść generwanej fal (Qualty f square) mżna np. psać udzałem zbczy przebegu w jeg rese, w prcentach: t n t p p Qsq 00% 00%, (.5) T T S S gdze S + S t rzeczywste, granczne szybśc zmany napęca dla zbczy, narastająceg padająceg.... GENEATO FNKCYJNY FALI POSTOKĄTNEJ I TÓJKĄTNEJ Sprą grupą ppularnych, unwersalnych generatrów są tzw. generatry funcyjne, wytwarzające przynajmnej dwa sygnały wyjścwe różnące sę ształtem, ale tej samej częsttlwśc. Najczęścej w generatrach sygnałów małych częsttlwśc są t fale: prstątna, trójątna, snusdalna. Tutaj przedstawn deę budwy generatra dwóch falach: prstątnej trójątnej. W najprstszej wersj ta generatr słada sę z dwóch stpn z ddzelnym wzmacnaczam (rys..). W perwszym stpnu WO pracuje dwustanw ja mparatr napęcwy, wytwarzając falę prstątną, w drugm stpnu WO pracuje 4

125 . GENEATOY FALI POSTOKĄTNEJ, TÓJKĄTNEJ lnw w uładze dwracająceg ntegratra wytwarzająceg falę trójątną. Wzmacnacz w perwszym stpnu pwnen być szyb, dużej wartśc parametru S. Samwzbudna praca całśc jest mżlwa dzę płączenu bu stpn za pmcą dzelna rezystancyjneg. Zmana stanu nasycena wyjśca WO następuje w chwl przejśca przez zer wartśc napęca w punce płączena tych rezystrów. ys... Schemat uładu generatra funcyjneg, wytwarzająceg sygnał prstątny trójątny Wartść mędzyszczytwa prstąta sqp-p jest reślna przez sumę mdułów napęć nasycena wyjśca WO przy danych napęcach zaslana, ja w uładze z rys... Wartść mędzyszczytwa trójąta trp-p zależy d wartśc mędzyszczytwej prstąta stsunu rezystrów : a res bu fal trp p sqp p, z warunem, (.6) T 43C. (.7) Ores mżna zmenać sw przez swą zmanę pjemnśc ndensatra C, a płynne zmennym rezystrem 3. Ne należy zmenać resu za pmcą stsunu /, bwem zmenłaby sę taże ampltuda fal trójątnej, zgdne z (.6)... PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów..3 rzutuje na cenę całej grupy.... Generatr fal prstątnej Oblcz częsttlwść generacj f uładu generatra z rys.., na pdstawe danych dla Twjej grupy z tab... Oblcz współczynn wypełnena fal FF sq. Przyjmj, że ampltudy fal, ddatna ujemna są reślne napęcam nasycena wyjśca WO; m+ m 3,5 V rys..3. Ja zmenć uład, aby fala była symetryczna, czyl aby FF sq = 0,5? C by sę stał, gdyby zmenć napęca zaslana na + 5 V 5 V? W ja spsób dzeln 3 4 łączący wyjśce z wejścem nedwracającym WO wpływa na częsttlwść ształt fal? 5

126 PIOT MADEJ... Generatr funcyjny Oblcz częsttlwść generacj f uładu generatra fal prstątnej trójątnej z rys.., na pdstawe danych dla Twjej grupy z tab... Oblcz wartść mędzyszczytwą fal trójątnej, jeżel fala prstątna będze mała ampltudy ja pdane w pt.... Ja zmeną sę fale, gdyby zmenć napęca zaslana na + 5 V 5 V? C by sę stał, gdyby ne był spełnny warune przy zależnśc.6? Ja zmen sę ształt fal trójątnej, gdy w fal prstątnej czasy narastana padana zbczy będą już sttną częścą resu, np. łączne 0%? Pytane pdpwadające: ja wygląda scałwany lnwy narst psany zależnścą u(t) = a(t + t ) + u, gdze a, t u t stałe?.3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Tab... Wartśc elementów d uładów generatrów, w zależnśc d numeru grupy ćwczących ład, rysune Generatr prstąta, rys...3. Generatr funcyjny, rys...4 Element Numer grupy C [nf] [] 39 3, ,3 [] 5 5,6 33 6,8 0 3 [] 0 4,7 4,7 3, [] 7 4,7 8, 5 39 C [nf] [] [] 0 4,7 8, 6,8 3,9 3 [] Badana generatra fal prstątnej A) Płącz uład generatra fal prstątnej z rys..3, bez rezystra bcążena L, ze znamnwym zaslanem sup. B) ruchm uład, sprawdź, czy dzała pprawne, czy parametry przebegu: f, FF sq są zgdne z blcznym. ys..3. Schemat uładu relasacyjneg generatra fal prstątnej wraz z elementam przyrządam d badana raz scylgram fal ze zdefnwanym welścam 6

127 . GENEATOY FALI POSTOKĄTNEJ, TÓJKĄTNEJ Wyn zapsane w tych znamnwych warunach pracy uładu będą pdstawą d reślena wpływu zman warunów pracy na parametry przebegu. Wyn badań zapsuj w tabel, np. taej ja tab... Częsttlwść f merz multmetrem (wartść resu T blczysz z f ) natmast scylspem merz czasy trwana mpulsu ddatneg t +, zbcza narastająceg t n padająceg t, ampltudy fal m+, m, zgdne z znaczenam na rys..3. Obserwuj ształt sygnałów ntuj uwag nch (lub ftgrafuj) na wyjścu u (t) na ndensatrze u C (t). waga d pt. 5,6 7 w tab..: eranwany przewód z drugeg anału scylspu przyłącz d ndensatra C tyl na czas bserwacj przebegu u C (t); w trace dczytu parametrów wyjścwej fal pwnen być dłączny. Ne będze t neczne, jeżel użyjesz przewdu z sndą 0:, zmnejszającą łączną pjemnść wejścwą teg anału d ł 0 pf. Z wynów pmarów blczysz: res, współczynn wypełnena fal, łączny udzał zbczy w rese, średne nachylene zbczy lumny Oblczena. Tab... Prpzycja tabel d zapsu wynów badana w pt..3.b, C, D E* Badana relasacyjneg generatra fal prstątnej, pt..3.b, C, D E*. Stswana aparatura:. Warun badana Odczyty Oblczena L.p C L sup f t + t n t m+ m T FF sq Q sq p-p/(t n+t ). pt [nf] [] [V] [Hz] [ms] [s] [s] [V] [V] [ms] [%] [%] [V/s] B C n 5 C C n 5 3 C C n 9 4 D 0C n 5 5 D C n /0 5 6 D C n / E* C n /30 5 C) Zbadaj wpływ rezystancj bcążena generatra L = na welśc wymenne w pt. B a następne, już bez L, zbadaj wpływ zmany napęć zaslana sup : na 9 V. D) Zaslane znamnwe 5 V, uład nebcążny. Zmeń ndensatr C w generatrze na węszy 0 razy, następne na mnejszy d znamnweg 0 30 razy. Ja zmenają sę parametry ształty sygnałów w uładze? Czy zmane wartśc ndensatra dpwada dładne prprcjnalna zmana resu? D sprawzdana wynaj wyres T = f(c) w bu salach lgarytmcznych; naneś dane z blczeń teretycznych z pmarów. C wyna z teretycznej zależnśc, a c z badań? Ja parametr WO ma wpływ na zabserwwane nedsnałśc ształtu nezgdnśc z terą? E) * Przy pmcy prwadząceg zajęca zmeń typ WO na TL08 prównaj wartśc parametrów fal dla statneg przypadu z pt. D (pt. 6 w tab..). Naneś ddatwy punt na wyres z pt. D. 7

128 PIOT MADEJ.3.. Badana generatra funcyjneg A) Płącz uład d badana generatra funcyjneg fal prstątnej trójątnej z rys..4, ze znamnwym zaslanem sup = 5 V. ys..4. Schemat uładu generatra funcyjneg wraz z przyrządam d badana Tab..3. Prpzycja tabel d zapsu wynów badana w pt..3.b, C D Badana generatra funcyjneg, pt.3.b, C, D Warun badana Odczyty Oblcz. z badań Oblcz. teretyczne L.p 3 C L sup f sqp-p trp-p T T tr T T tr. pt [] [] [nf] [] [V] [Hz] [V] [V] [ms] [%] [%] [ms] [%] [%] B n 3n C n 5 C n 3n C n ) 5 3 C n 3n C n ) 5 4 C n 3n C n 9 5 D n 3n C n 5 6 D n 3n/ C n 5 7 D n 3n/ C n/3 5 ) bcążne wyjśce fal prstątnej, ) bcążne wyjśce fal trójątnej. B) ruchm uład. Sprawdź, czy wartść częsttlwśc jest zgdna z blczną czy ształty bu fal są pprawne. W raze necznśc sryguj wartść mędzyszczytwą fal trójątnej przez zmanę stsunu rezystancj /, a następne sryguj wartść częsttlwśc za pmcą dbru rezystancj 3. Odczytaj zapsz wartść częsttlwśc f n, wartśc mędzyszczytwe bu przebegów sqp-pn, trp-pn. Będą ne wartścam dnesena przy następnych badanach, dlateg zaprpnwan d ch wyróżnena ńcwe ndesy n. Wyn zapsuj w tabel, np. taej, ja tab..3. C) Zbadaj wpływ na welśc wymenne w pt. B rezystancj L = bcążającej wyjśce fal prstątnej a następne trójątnej. Odłącz L, zbadaj wpływ zmany napęć zaslana sup na 9 V, zapsz uwag zmane ształtu przebegów lub sftgrafuj je. D) ład z nebcążnym wyjścam, zaslany znamnwym wartścam sup. Zbadaj wpływ zmany stsunu / na parametry fal; zwęsz dwurtne rezystancję zapsz wartść częsttlwśc wartśc mędzyszczytwych bu fal. 8

129 . GENEATOY FALI POSTOKĄTNEJ, TÓJKĄTNEJ Pwróć d pprzedneg zbadaj wpływ dwurtneg zmnejszena 3 a następne ddatw trzyrtneg zmnejszena C na wymenne parametry fal. Czy ształt bu fal jest nadal zadwalający? E) W sprawzdanu blcz względne zmany wartśc resu T wartśc mędzyszczytwej fal tr zmerznych w pt. C D, w stsunu d wartśc T T n trp p trp pn z pt. B; zależnśc T 00%, 00%. Za tr T n trp pn dnesene (welśc z ndesem n) przyjmj wartśc z perwszeg wersza tab..3. Sprawdź, czy te blczena ptwerdzają teretyczne zależnśc dla teg uładu? Pamętaj tlerancj wartśc rezystrów ndensatrów W sprawzdanu mędzy nnym prównaj wyn blczeń wynanych przed zajęcam z wynam badań bu uładów, sfrmułuj wns Tab..4. Pdstawwe właścwśc wzmacnaczy peracyjnych stswanych w ćwczenu Typ WO Parametr A74, bplarny, standardwy OP07C, bplarny, precyzyjny TL08C, JFET, standardwy, szybszy Wartść przy 5C Wartść przy 5C Wartść przy 5C granczna typwa granczna typwa granczna typwa A V0 [V/V] > >, >, CM [db] > > 94 0 > [mv] < 6 < 0,5 0,06 < 0 3 I b [na] < < 7,8 < 0,4 0,0 d [] M 33 M T c [] 00 M 0 G T BW [MHz] > 0,5 0,7 > 0,4 0,6 4 S [V/s] 0,5 > 0, 0,3 > 8 3 []

130

131 . FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE. FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE Cel: Pznane pdstawwych techn realzacj scalnych uładów cyfrwych, pznane pdstawwych funtrów lgcznych prstych uładów mbnacyjnych raz zasad ch stswana; warun zaslana, bcążalnść, techna syntezy badana uładów. W ćwczenu zastsujesz ułady scalne TTL; pdan lczbę funtrów ch typ w uładze scalnym, znaczene uładu: cztery NAND -wej, 7400 lub 74LS00, d szt., cztery NO -wej, 740 lub 74LS0, sześć NOT, 7404 lub 74LS04, cztery EX-O -wej, 7486 lub 74LS86 raz uład scalny CMOS: cztery NO -wej, 7400 lub 400. Tyl te ułady mżesz wyrzystać d realzacj puntów prgramu ćwczena. Wszyste uruchamane badane ułady, wraz z zadajnam wsaźnam stanów lgcznych w maece łady Cyfrwe (rys. 4.9) zaslsz tyl jednym napęcem, znamnw sup = + 5 V... WSTĘP TEOETYCZNY łady cyfrwe wynują peracje na sygnałach swantwanych (necągłych, w dróżnenu d analgwych dtyczy t np. chwlwych wartśc sygnału napęcweg przypsanych d reślnych przedzałów raz puntów na s czaswej), przede wszystm bnarnych tj., dwustanwych, zwanych zerem lgcznym jedyną lgczną lub fałszem prawdą. łady cyfrwe są wynywane ja scalne zestawy w jednej budwe jedneg d lu egzemplarzy jedneg typu uładu funtra lub blu peracyjneg. Lczba egzemplarzy zależy d welśc budwy (lczby dstępnych wyprwadzeń) raz lczby ńcówe funtra raz stpna smplwana jeg strutury, c wpływa na wartść mcy zaslana uładu. Stpeń smplwana jest reślany tzw. salą ntegracj, czyl scalena: SSI (mała), MSI (średna), LSI (duża), VLSI (bardz duża), td., w zależnśc d lczby tzw. brame przelczenwych w uładze. Krańcw w struturze nretneg cyfrweg uładu scalneg mgą być set tysęcy a nawet mlny pjedynczych elementów, przede wszystm tranzystrów. Cyfrwe ułady mbnacyjne t taa grupa, w tórej reślny zestaw stanów sygnałów wejścwych sutuje zawsze jednznaczne przyprządwaną mbnacją stanów sygnałów wyjścwych, nezależne d czasu hstr uładu, tj. wcześnejszych sygnałów wejścwych; czywśce wtedy, gdy uład jest sprawny. D najprstszych uładów tej grupy należą tzw. funtry lgczne, realzujące pdstawwe peracje na dwustanwych sygnałach. Pzstałe ułady mbnacyjne pwstają przez płączene tych pdstawwych funtrów. Mżna t zrbć na etape technlgcznym, budując specjalzwany uład scalny (np. sumatr czy mparatr) lub na etape prjetwana swjej nstrucj sładana ptrzebneg, netypweg, nedstępneg w pstac scalnej uładu z dstępnych cegełe. 3

132 PIOT MADEJ 3... PODSTAWOWE FNKTOY ELEMENTANE KŁADY KOMBINACYJNE Pdstawwe peracje lgczne, stanwące pdstawę tzw. algebry Bla t: negacja (NOT czyl NIE), y, gdze y t reacja a t pbudzene, suma (O czyl LB), n y..., najprstsza y, lczyn (AND czyl I), n y..., najprstszy y. Tab... Tabele prawdy peracj w lgce: negacj, sumy, lczynu peracja negacja suma lczyn y y y zależnść reacj y d pbudzena Te peracje, zdefnwane swm tabelam prawdy (tab..) raz pnższy zestaw praw lgcznych twrzą algebrę (lgę) Bla: (.) (.) 3 3 (.3) 3 3 (.4) prawa rzdzelnśc (.5) prawa pchłanana (.6) prawa demrgana w wersjach pdstawwych raz częst używanych. raz raz (.7) Jedna w uładach scalnych, zawerających funtry realzujące peracje lgczne najczęścej ne będze sumy lczynu w czystej, zdefnwanej w tab.. pstac. Pratycznejsze są zanegwana suma (NO d NOT O czyl NIE LB), n y... raz zanegwany lczyn (NAND d NOT AND czyl NIE I), n y....

133 . FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE Jest ta za sprawą równań demrgana z zależnśc (.7). Wyna z nch, że wystarczy psadać tyl funtry zanegwanej sumy alb zanegwaneg lczynu, aby zrealzwać wszyste ptrzebne ułady mbnacyjne (negatry też mżna). Częst d grupy pdstawwych funtrów zalcza sę jeszcze uład realzujący perację: suma mdul (EX-O czyl WYŁĄCZNIE LB), y. Mże n służyć ja pdstawwa móra uładów mparacj cyfrwej; zgdnść stanów na wejścach daje na wyjścu 0, a taże d budwy sumatrów, bwem jest t jednbtwy sumatr bnarny, bez wyjśca tzw. sygnału przenesena. Operację lgczną, wynywaną przez funtr jednznaczne defnuje (tab..): jeg nazwa, zaps lgczny ja w pwyższych przyładach, tzw. tabela prawdy, alb symbl grafczny funtra. Tab... Pdstawwe funtry lgczne: wynywane funcje z zapsem lgcznym, nazwy, tabele prawdy symble grafczne wynana funcja plsa nazwa angelsa nazwa zaps lgczny tabela prawdy negacja suma lczyn negacja sumy negacja lczynu NIE LB I NIE LB NIE I suma mdul WYŁĄCZNIE LB NOT O AND NO NAND EX-0 y a y a b y a b y a b y a b y a b a b a b a y a b y a b y a b y a b y a b y symbl grafczny a b y Bardz prste ułady mbnacyjne mżna budwać z pdstawwych funtrów, mając nawet newele dśwadczene, ale stsując nsewentne zasady algebry Bla. Wystarczy sfrmułwać ptrzebę, czyl dcelwą funcje lgczną, za pmcą zapsu lub tabel prawdy raz wybrać zestaw typów funtrów, tórym ma być zrealzwane zadane. Wynwy uład będze prawdłw przetwarzał sygnały cyfrwe, ale mże być neptymalny, tj. mże zawerać węcej nż ptrzeba funtrów, c w bardzej smplwanych przypadach mże znaczać: znaczną rzbudwę uładu, duży wzrst mcy zaslana, sttne bnżene nezawdnśc wzrst sztów. O jednej z metd ptymalzacj w sense mnmalzacj uładu przeczytasz w następnym pdrzdzale. Tutaj pazan la najprstszych przyładów syntezy uładu mbnacyjneg, bez jeg ptymalzacj. Perwsze zadane: zrealzuj funcję lgczną a d b c za pmcą dwuwejścwych funtrów NAND negatrów. y (.8) 33

134 PIOT MADEJ Syntezę przeprwadzn, przeształcając bazwą zależnść zgdne z algebrą Bla (prawa demrgana pdwójna negacja): a d b c a d b c a d b c y. (.9) Wyn przeształceń statna frma w zależnśc (.9) mże już być zrealzwana za pmcą trzech negatrów trzech funtrów NAND. Naryswane uładu pzstawn Czytelnw ja wstępne ćwczene. Druge zadane: zbuduj uład sumujący sygnały bnarne z dwóch jednbtwych wejść a b, wyjścach wynu y przenesena c d starszeg btu. Oreślene uład sumujący ne dtyczy zwyłej sumy lgcznej. W przypadu jednej jedyn na wejścach na wyjścu pwnna być jedyna, a przy dwóch jedynach na wejścach, na wyjścu pdstawwym pwnn być 0, a na wyjścu przenesena. Zaps teg, c uład pwnen wynać, pdan za pmcą tabel prawdy tab..3. Tab..3. Tabela prawdy d drugeg zadana wejśca wyjśce główne wyjśce przenesena a b y c Jeżel teraz prównasz zaps w tab..3 z tabelam prawdy pdstawwych funtrów w tab.., t d razu zauważysz, że wystarczy zastswać funtr EX-O dla wyjśca y raz funtr AND dla wyjśca przenesena c. W raze brau AND mżesz zastswać NAND negatr lub dwa negatry NO: y a b, c a b a b a b. (.0) Trzece zadane: zbuduj jednbtwy mparatr bnarny z wejścam danych najnższej wadze a 0 b 0 raz trzema wyjścam przenesena d mór mparatra wyższej wadze: K = gdy a 0 > b 0, M = gdy a 0 = b 0, L = gdy a 0 < b 0. Tyl jedn z wyjść przenesena mże meć stan! Przy prównanu welbtwych lczb bnarnych bwązują tae zasady: stan jest węszy d stanu 0, prównuje sę stany lczb na tych samych btach, lczby są równe sbe, gdy zgdne są stany na btach tej samej wadze a n = b n, wyn prównana na danym n-tym bce mus uwzględnać wyn prównana na nższych btach (p t są ptrzebne wyjśca przenesena), gdy nższe bty są zgdne, tj. wyn przenesena z nższych btów M n- =, stane wyjść decyduje prównane na danym bce, gdy z nższych btów wyn przenesena K n- =, t przy a n b n będze wyn z daneg btu K n =, a gdy a n < b n t L n = (wszyste nższe bty stane dają mnejszą wartść, nż na danym bce), 34

135 . FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE gdy z nższych btów wyn przenesena L n- =, t przy a n b n będze wyn z daneg btu L n =, a gdy a n > b n t K n =. Wymenne zasady są dść smplwane strutura lubtweg mparatra ne jest prsta. Tutaj jest jedna znaczne prstszy przypade, bwem bt jest najnższy, czyl w dmyśle teretyczne nższe bty są zgdne wynu zadecyduje tyl bezpśredne prównane wejść a 0 b 0. Najperw należy naryswać wypełnć danym tabelę prawdy dla wszystch wyjść przenesena (tab..4). Tab..4. Tabela prawdy d trzeceg zadana wejśca wyn prównana, czyl wyjśca przenesena a 0 b 0 K a 0 > b 0 M a 0 = b 0 L a 0 < b Łatw zauważyć (w tab..), że d peracj dla wyjśca M wystarczy zastswać funtr EX-O negatr, natmast dla pzstałych wyjść trzeba zapsać perację na pdstawe wersza ze stanem wynu (uwaga: L ne jest prstą negacją K!): M a b a b 0 a 0 0 b 0 0 a 0 0 b 0 a a 0 a 0 b0 a 0 b0 0 a0 b0 b0 a0 0 a0 b0 a0 b0, K 0 a 0 b 0 a 0 b 0 b 0 a a 0 b0 a0 0, a 0 b0 a0 0. a0 b0 b L 0 b 0 b 0 (.) (.) a0 b0 b (.3) W zależnśc (.) pazan, w charaterze ćwczena, la frmalnych przeształceń, tórych wyn jest równy wprst zapsw utwrznemu z tabel dla M. Natmast zależnśc (.) (.3) pazują, ja mżna zrealzwać peracje dla pzstałych wyjść, za pmcą: negatra dwuwejścweg AND alb dwóch negatrów dwuwejścweg NAND alb negatra dwuwejścweg NO.... MINIMALIZACJA EALIZACJI KOMBINACYJNEGO KŁAD CYFOWEGO Węsze ułady mbnacyjne, zawerające duż wejść wyjść pwnny być na etape prjetwana zmnmalzwane, tj. trzeba zastswać prcedurę, elmnującą neja mechanczne zbędne funtry. Jedną z tach prcedur jest metda tablc Karnaugha. Dla ażdeg z wyjść twrzy sę taą tablcę stanów teg wyjśca (wnętrze tablcy) uzależnnych d stanów wejść, tórym psane są dwe rawędze tablcy (górna lewa). Najlepej meć zadane realzacyjne sfrmułwane w pstac pżądanej tabel prawdy. Wtedy łatw przens sę dane d tablcy Karnaugha; jest na taże tabelą prawdy, ale ze specyfczne uszeregwanym stanam wejść. A teraz algrytm pstępwana przy mnmalzacj funcj (peracj) lgcznej za pmcą tablcy Karnaugha: 35

136 PIOT MADEJ a) Dzelsz zmenne wejścwe na dwe grupy (np. ab cd), mżlwe jednaw lczne, przypsujesz m rawędze tablcy. b) Opsujesz rawędze tablcy stanam wejść ta, by lejny stan (wartść zestawu btów) różnł sę tyl na jednym bce d pprzedneg (patrz tab..5). c) Wypełnasz wnętrze tablcy stanam wyjśca y, zależne d stanów wejść na rawędzach. d) Łączysz mór tablcy zawerające lgczne alb 0 lgczne w ja najwęsze grupy prstątne lub wadratwe lcznśc n, mżna łączyć taże przez rawędze tablcy. Staraj sę ne zstawać pjedynczych móre; ta sama móra tablcy mże być w lu grupach. Wybór stanu, dla tóreg wynujesz łączene w perwszym pdejścu uzależnasz d lczby móre z danym stanem (lepej, ja jest ch mnej), ale mżlwe jest tae ułżene móre, przy tórym węcej móre z tórymś stanem twrzy duże, nelczne grupy, np. w tablcy 44 (tab..5) jest sześć zer twrzących dwe grupy cztermórwe raz dzesęć jedyne, twrzących grupę śmmórwą cztermórwą. W tej sytuacj lepej mnmalzację zrbć dla stanu. Oczywśce nezależne d wybraneg stanu stateczny efet mnmalzacj pwnen być ta sam. e) Zapsujesz peracje dla grup w pstac sumy lczynów. f) Przeształcasz zaps zgdne z prawam algebry Bla, aby jeszcze zmnmalzwać dstswać d realzacj, np. d zestawu psadanych funtrów. W ramach przyładu, z przedstawnej tablcy Karnaugha w tab..5 (zwróć uwagę na ps rawędz!) zapsan według puntu e) zależnśc dla grup 0 raz, a następne je przeształcn, aby pazać, że zaps dla mm węszej lczby móre jest prstszy. Wyazan pnadt, że stateczne łączene dla bu stanów daje ten sam rezultat. Przyjęt, że d realzacj zadana zastswan negatry dwuwejścwe funtry NAND. Tab..5. Przyładwa tablca Karnaugha dla funcj czterech zmennych, grupwane 0 raz b c d a b c d a Grupy zer; pneważ stan wyjśca y jest w nch zerem, t w zapse negacja wyjśca: wyjśce ma być bez negacj, a węc neguje sę be strny y b c b d b c d, (.4) c d bc d y y b. (.5) Zgdne z statnm zapsem w zależnśc (.5) wystarczy zastswać dwa negatry dwa funtry NAND. 36

137 . FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE Teraz zaps dla grup jedyne: y b c d bc d. (.6) Ja mżesz zauważyć prównując zależnśc (.4) (.5) z (.6), efet ńcwy jest ta sam, ale perwtny zaps, z płącznych grup jest w (.6) prstszy, a pnadt w tym przypadu wymagał mnejszej lczby rów przeształceń d ńcwej pstac...3. PODSTAWOWE TECHNOLOGIE EALIZACJI KŁADÓW CYFOWYCH Współczesne scalne ułady cyfrwe są budwane z zastswanem tranzystrów, pracujących w nch dwustanw; zatane alb pełne przewdzene. Pdstawwy pdzał technlg realzacj pchdz d pdzału tranzystrów na bplarne raz plwe. Są t dpwedn technlga TTL (Transstr-Transstr-Lgc) na tranzystrach npn raz technlga CMOS (Cmplementary-Metal-Ode- Semcnductr) na plwych tranzystrach z zlwaną bramą nduwanym anałem typu n raz typu p, w tym samym uładze. Tranzystry plwe złączwe ne są stswane. W ażdej z technlg są jeszcze sere, różnące sę szczegółam technlgcznym (tab..6), a dla użytwna ułady różną sę przede wszystm szybścą pracy, pberaną mcą, stpnem upawanem tranzystrów czyl stpnem scalena lub napęcem zaslana. Tradycyjna strutura bram NAND w standardwej technlg TTL zawera cztery tranzystry npn (rys..), przy czym wejścwy mże meć la emterów. Tranzystry w taej bramce wymagają dpwednej mcy d wysterwana w stane statycznym, zwęsznej jeszcze chwlw przy zmane stanu pracy; efet przeładwywana pjemnśc. W efece dla rzsądnej szybśc dzałana uładu mc tracna w bramce jest dść spra (tab..6). Lepsze pd tym względem są ułady TTL LS, utrzymujące szybść dzałana przy wyraźne bnżnej mcy. sup =E CC =+5V sup =E DD =+(3 V y y 0 ys... Schematy bram (funtra) NAND wynanej w technlg TTL, sera 74 standard, raz w technce CMOS, sera 4000B Pdstawwą technlgą uładów bardz dużym stpnu scalena jest CMOS. Jej funtr (rys.. tab..6), bcążny wejścam następnych teg typu funtrów, czyl prądam zlwanych brame tranzystrów, pratyczne ne pbera mcy w stane statycznym. W trace zmany wyjścweg stanu lgczneg, czyl przełączana funtra przez rótą chwlę mc wzrasta d lunastu mw wsute równczesneg przewdzena tranzystrów mędzy zaslanem a masą raz wydatu energ na przeładwane wejścwych pjemnśc tranzystrów własnych 37

138 PIOT MADEJ wejścwych następneg uładu. Oznacza t, że średna mc tracna w funtrze rśne pratyczne lnw ze wzrstem szybśc pracy, tj. częsttlwśc przełączana. łady CMOS są stsunw prste tane w prducj. Mżlwe jest uzysane bardz dużych gęstśc upawana tranzystrów na pwerzchn płyt rzemu, bwem w nwczesnych uładach pwerzchna zajmwana przez jeden ta tranzystr jest mnejsza d µm. Wczesne sere tej technlg były stsunw wlne (tab..6), ja np. 4000B, ale pracwane późnej mdyfacje są szybsze, szczędnejsze mcw napęcw raz mają węszy margnes załóceń d ser technlg TTL. Tab..6. Zestawene prównawcze właścwśc netórych ser z dwóch technlg realzacj scalnych uładów cyfrwych Technlga sera realzacj uładów Parametr TTL standard TTL LS (lw pwer Schtty) CMOS sera 4000B CMOS sera HC Napęce zaslana sup [V] 5 0,5 5 0, Mc strat na bramę w stane statycznym P typ [mw] Czas prpagacj t ptyp przy N = 0* lub C L = 50 pf [ns] Masymalna częsttlwść pracy f ma [MHz] 0 0,00 0,005 0* 9* Prąd wejścwy I IHma [A] , Prąd wejścwy I ILma [A] , Prąd wyjścwy I OHma [ma] przy OHmn 0,8 0,4, 6 Prąd wyjścwy I OLma [ma] przy OLma 6 8 0,44 6 Napęce wejścwe [V] przy sup = 5,0 V Napęce wyjścwe [V] przy sup = 5,0 V Margnes załóceń M typ [V] przy zaslanu 5,0 V Spływ lgczny (bcążalnść) N [lczba wejść] 5 > IH> 0,8 > IL > 0 5 > OH >,4 0,4 > OL > 0 5 > IH>,0 0,8 > IL > 0 5,0 > OH >,4 0,5 > OL > 0 5 > IH> 3,5,5 > IL > 0 5 > OH > 4,95 0,05 > OL > 0 5,0 > IH> 3,5,5 > IL > 0 5,0 > OH > 4,9 0, > OL > 0 0,4 0,3,45,4 0 0 Zastswane w tabel ndesy w znaczenach welśc: I wejśce (nput), O wyjśce (utput), H stan wys, lgczna (hgh), L stan ns, 0 lgczne (lw). 38

139 . FNKTOY CYFOWE I KŁADY KOMBINACYJNE.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów..3 rzutuje na cenę całej grupy. A) Ja z funtrów NAND lub NO zrbć negatr (p dwa spsby d ażdeg)? Paż t na rysunu w tabel prawdy, zaznaczając dpwedne wersze, raz za pmcą praw algebry Bla. B) Ja z funtra EX-O zrbć tzw. bramę sterwaną, tj. przy jednym stane wejśca sterująceg (np. we b) przepuszczającą sygnał z wejśca danych (we a) bez zmany, przy przecwnym stane sterującym negującą sygnał z wejśca danych? Paż t na rysunu w tabel prawdy, zaznaczając dpwedne wersze. C) Przygtuj schematy dwdy lgczne a nawet tablcę Karnaugha (jeżel Twm zdanem jest na ptrzebna) z prcedurą mnmalzacj, d tych puntów Częśc Dśwadczalnej ćwczena, w tórych mwa zrealzwanu nretnych uładów mbnacyjnych. D) Zapznaj sę ze spsbam psu tpgraf wyprwadzeń scalnych uładów cyfrwych raz warunów ch stswana, w atalgach lub na strnach nternetwych ch prducentów..3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Sprawdź, czy w Twjej maece łady Cyfrwe (rys. 4.9) są panele ze scalnym uładam cyfrwym, zawerającym funtry: technlga TTL standard lub LS 7400 lub 74LS00 cztery NAND -wej, 740 lub 74LS0 cztery NO -wej, 7404 lub 74LS04 sześć NOT, 7486 lub 74LS86 cztery EX-O -wej, technlga CMOS sera 4000B 7400 lub 400 cztery NO -wej. Przygtuj źródł zaslające maetę sup = 5,0 V dłącz je d maety; begun ujemny d masy. Pdłącz zaslane panel zadajnów wsaźnów stanów lgcznych d szyn zaslających w maece. Panele stswanych scalnych uładów cyfrwych taże muszą być dłączne d szyn zaslających..3.. Badana funtrów z uładów scalnych a) Zbadaj zgdnść dzałana z teretyczną tabelą prawdy jedneg wybraneg funtra NAND z uładu TTL typu Przyład dumentacj wynów taeg badana pazan na rys... y a b ys... Przyład dumentwana badana dzałana funtra cyfrweg, Z0/ zadajn stanów lgcznych 0, W0/ wsaźn stanów lgcznych 0. W tabel stan W t nepdłączne ( wszące ) wejśce 39

140 PIOT MADEJ b) Sprawdź taże, ja uład wynany w tej technlg czyta stan nepdłączneg (wsząceg w pwetrzu) wejśca znaczene W w tabel. c) Pwtórz wszyste rdzaje badań z pt. a) b) dla jedneg funtra NO z uładu CMOS typu Knwersja badane funtrów; zaprjetuj wymenne ułady, płącz je zbadaj ch dzałane lgczne a) Funtr NO dwuwejścwy zrbny z funtrów NAND z jedneg uładu typu b) Funtr EX-O dwuwejścwy zrbny z funtrów NAND z tyl jedneg uładu typu c) Funtr NAND trójwejścwy zrbny z dwlnych funtrów z uładów scalnych, wymennych na pczątu CZĘŚCI DOŚWIADCZALNEJ ealzacja złżnych uładów mbnacyjnych; zaprjetuj wymenne ułady zbadaj ch dzałane lgczne, zastsuj tyl dstępne ułady scalne a) Mnmalzacja realzacja uładwa funcj lgcznej (wejśca A, B, C, wyjśce Y), zadanej w pstac tabel prawdy tab..7, z lumnam Y dla pszczególnych grup ćwczących. Mnmalzację wynaj za pmcą tablcy Karanugha. b) Multpleser dwuwejścwy, wejścach danych X0 X, wejścu sterującym (adreswym) A, wyjścu Y. ład ma wynać perację lgczną: Y X 0 A X A. c) Demultpleser dwuwyjścwy, wejścu danych X, wejścu sterującym (adreswym) A, wyjścach Y0 Y. ład ma wynać peracje lgczne: Y0 X A, Y X A. Tab..7. Tabela prawdy uładu mbnacyjneg realzwaneg w pt..3.3a Stany wejść Stany wyjśca Y dla grupy numer: C B A

141 3. PZEZTNIKI BISTABILNE I KŁADY SEKWENCYJNE 3. PZEZTNIKI BISTABILNE I KŁADY SEKWENCYJNE Cel: Pznane pdstawwych przerzutnów bstablnych stswanych w technce cyfrwej prstych uładów sewencyjnych, zbudwanych na nch raz zasad ch stswana badana. W ćwczenu zastsujesz ułady scalne TTL; pdan rdzaj lczbę funtrów lub przerzutnów w uładze scalnym, znaczene (typ) uładu: cztery NAND -wej 7400 lub 74LS00, cztery NO -wej 740 lub 74LS0, dwa przerzutn D zbczwe 7474 lub 74LS74, cztery przerzutn D latch 7475 lub 74LS75, dwa przerzutn JK-MS 7407 lub 74LS07. Tyl te ułady mżesz wyrzystać d realzacj puntów prgramu ćwczena. Wszyste uruchamane badane ułady, wraz z zadajnam wsaźnam stanów lgcznych w maece łady Cyfrwe (rys. 4.9) zaslsz tyl jednym napęcem, znamnw sup = + 5 V. 3.. WSTĘP TEOETYCZNY Cyfrwe ułady sewencyjne ne dzałają ta jednznaczne ja ułady mbnacyjne. W uładze mbnacyjnym reślna mbnacja stanów na wejścach mus zawsze wywłać tą samą reację na wyjścu. Natmast w uładze sewencyjnym reacja wyjścwa mże być ddatw uzależnna d hstr uładu, tj. taże d wcześnejszej mbnacj stanów na wejścach raz wcześnejszeg stanu na wyjścu. Dzeje sę ta za sprawą zapętleń sygnałów wstecz raz blów pamęc, stswanych w uładach sewencyjnych (prównaj rys. 3.a 3.b). Wejśca w uładze sewencyjnym dzelą sę na trzy grupy: pdstawwe wejśca danych, wejśca zerujące ustawające (tj. zazwyczaj ustalające warun pczątwe pracy uładu), wejśca synchrnzujące, tóre reślają mment ważnśc danych czyl twarca uładu na ch przyjęce raz mment zmany stanów na wyjścach uładu. ys. 3.. Strutury dwóch pdstawwych grup uładów cyfrwych: a) mbnacyjne, bez pamęc zapętleń, b) sewencyjne z pamęcą, zapętlenam trzema typam wejść Isttnym blem uładów sewencyjnych jest pamęć; bra jej w uładach mbnacyjnych. Buduje sę ją za pmcą elementarnych jednbtwych móre pamętających, zwanych przerzutnam bstablnym. Nazwa ddaje pdstawwą 4

142 PIOT MADEJ właścwść taej mór uładwej; p reślnym pbudzenu wejść uład szyb zmena stan swjeg wyjśca (wyjść), czyl przerzuca sę w drug stan mże w nm pzstać dwlne dług, dpó ne nastąp pbudzene przerzucające g w stan przecwny. Oba te stany (0 ) są stablne stąd nazwa: bstablny (dwustablny). Przyłady typwych uładów sewencyjnych: prste zestawy pamęc, bez przeształcana frmy danych, lczn lczące wprst lub w bu erunach (ddające dejmujące), z pczątwym zerwanem lub () ustawanem nretnej zawartśc, rejestry przesuwne, zapamętujące dane przesuwające je w przód lub w tył, z mżlwścą zmany frmy ch przesyłu, np. z równległej na szeregwą. Pza pazanym na rys. 3.b zapętlenem z wyjśca d sec mbnacyjnej, wynującej peracje na danych, buduje sę ułady z ddatwą secą na wejścach zerując-ustawających zapętlenem z wyjśca d nej, np. gdy reślny stan wyjśca ma spwdwać wyzerwane uładu. Przyładem mże być lczn bnarny pracujący w dze BCD, czyl mdul 0, dzwlnych stanach 0 9 w dze dzesętnym. Pjawający sę w nm, w trace zlczana mpulsów zegarwych, stan bnarny 00 czyl dzesętny 0 pwnen autmatyczne wyzerwać lczn PZEZTNIKI POSTE I POBLEM SYNCHONIZACJI Przyładem przerzutna bstablneg, czyl najprstszej mór pamęc jednbtwej, mże być uład złżny z dwóch funtrów NO, z zapętlenam z wyjść na wejśce przecwneg funtra (rys. 3.). Wyjśca taeg przerzutna tradycyjne nszą nazwy Q Q, sugerujące, że stan drugeg jest negacją stanu perwszeg. Nazwy wejść są pdprządwane zasadze, że wejśce jednznaczne wymuszające na wyjścu stan Q = 0 jest nazywane zerującym znaczane (d eset), natmast wymuszające stan Q = jest nazywane ustawającym znaczane S (d Set). Teraz wystarczy przypmneć sbe tabelę prawdy funtra NO (patrz pprzedne ćwczene), aby nazwać wejśce perwsze IN ; stan na nm wymus 0 na wyjścu Q, nezależne d stanu na drugm wejścu teg funtra. Odpwedn druge wejśce t IN S, bwem stan na nm spwduje Q 0 nezależne d stanu na drugm wejścu dlneg funtra. ys. 3.. Prsty przerzutn bstablny na funtrach NO raz jeg syntetyczna tabela prawdy Celw ne napsan Q w pprzednm zdanu, bwem jest jedna neprzyjemna mbnacja stanów na wejścach: = S =, przy tórej ba wyjśca będą mały ta sam stan Q Q 0, c jest sprzeczne z deą nazw tych wyjść. Dlateg Autr zaleca nazwać ten stan sprzecznścą, a ne prpnwanym w lteraturze reślenam: stan zabrnny, czy nereślny. Jest t stan ścśle reślny, pwtarzalny nczym ne grz uładw lub elementm. Jedyne prjetant uładów mus zdawać sbe sprawę z nsewencj pjawena sę dwóch stanów na wejścach taeg przerzutna. Jeżel wejścwemu stanw atywnemu S = będze twarzyszył stan neatywny na wejścu zerującym, = 0, t relacja negacj mędzy wyjścam będze spełnna ten 4

143 3. PZEZTNIKI BISTABILNE I KŁADY SEKWENCYJNE stan przerzutna nazywa sę ustawenem, a wejśce IN S jest wejścem ustawającym. żyt pjęca stan atywny ; w przerzutnach jest t stan na wejścu daneg funtra, tóry z pewnścą, nezależne d stanu na drugm wejścu funtra da zawsze na jeg wyjścu tą samą reację. W tym przerzutnu, z tam funtram, jest t jedyna lgczna. Najłatwej rzpznać ten stan p tym, że pdane g równcześne na ba wejśca przerzutna wywłuje sprzecznść na wyjścach, bwem uład stara sę równcześne ustawć wyzerwać. Czwarta mbnacja stanów wejść t = S = 0; na bu wejścach są stany neatywne na wyjścach będze pprzedn ustalna mbnacja stanów, dpwadająca zerwanu lub ustawenu. Ten stan przerzutna nazwany jest pamętanem. Ne pwnn sę tych stanów wejść = S = 0 wprwadzać p mbnacj = S = czyl p sprzecznśc, b nsewencją ne będze pamętane sprzecznśc. Nawet jeżel płączysz razem ba wejśca, t wsute nawet znm małej różncy w czasach prpagacj funtrów przerzutn przejdze przez pśredn stan zerwana lub ustawena ten będze zapamętany. Który z nch t będze, jest westą przypadu. Autr prpnuje stswane taej zasady przy badanu przerzutnów: zmana stanów na wejścach pwnna być tyl na jednym z nch, przy ustalnym stane drugeg wejśca. na sę wtedy prób zapamętana sprzecznśc raz prawdpdbneg, bardz róteg pjawana sę stanu przecwneg przy przechdzenu z pamętana zerwana lub pamętana ustawena d stanu sprzecznśc. Neprzestrzegane tej zasady mże prwadzć t błędów dzałana uładów sewencyjnych, zawerających ta przerzutn. Drug prsty uład przerzutna zawera dwa funtry NAND (rys. 3.3). Tym razem stanem atywnym na wejścach jest 0; przypmnj sbe tabelę prawdy funtra NAND z pprzedneg ćwczena. Sygnalzuje t negacja w znaczenu wejść. Zwróć uwagę, że tym razem naprzecw wyjśca Q jest wejśca ustawające IN S, a pprzedn był zerujące. Stan atywny zera na tym wejścu na pewn wymus Q, nezależne d stanu drugeg wejśca funtra. ys Prsty przerzutn bstablny na funtrach NAND raz jeg syntetyczna tabela prawdy Odpwedn druge wejśce jest zerujące, IN ; stan atywny 0 na nm da na pewn Q. Pdbne ja w pprzednm przerzutnu, równczesne pdane na wejśca stanu atywneg, teraz S 0 da na wyjścach sprzecznść Q Q ; ne będą ne wzajemne zanegwane. Tym razem stan pamętana przerzutna sąga sę przez pdane na ba wejśca. D teg przerzutna taże stsuje sę wcześnej sfrmułwana zasada bezpecznej pracy, zalecanej zmane stanu tyl jedneg wejśca przy ustalnym stane na drugm. Tabele prawdy na rys są syntetyczne w tym sense, że pdsumwują właścwśc daneg przerzutna, ale ne mgą być wprst wzrem d naśladwana przy badanu uładu w labratrum. Tutaj należy wyazać przyładw, że p sprzecznśc mżna przejść d zerwana lub ustawena, ażdy z nch zapamętać, że 43

144 PIOT MADEJ p zapamętanu dwlneg z nch mżna przejść d zerwana lub ustawena td. W rezultace tabela badana mże meć lanaśce werszy. Pazane na rys prste przerzutn są asynchrnczne bez synchrnzacj. Ne mają wejśca, tóre ustalałby mment wprwadzena stanów z wejść S d uładu. W uładach przerzutnów złżnych, tórych statnm stpnem jest przerzutn prsty, te zerując-ustawające wejśca S ne są synchrnczne mają prrytet (nadrzędnść) nad pzstałym. Tyl przy mbnacj stanów neatywnych na wejścach S, dającej pamętane w przerzutnu prstym, uład złżny reaguje na stany wejść danych synchrnzacj. Autr prpnuje, w charaterze ćwczena teretyczneg, zapznane sę z rzbudwą prsteg przerzutna na funtrach NO z rys. 3. uład synchrnzujący wprwadzane stanów z wejść S. Przyjęt, że nadal wejścwym stanem atywnym pwnna być dtyczy t taże wejśca synchrnzująceg G, tóreg prządująca rla sprwadza sę tutaj d bramwana wejść S, czyl zezwalana na wprwadzene ch stanów. Oznaczn zewnętrzne, bramwane sygnały uładu ja G S G w dróżnenu d S zdefnwanych w uładze na rys. 3.. Przyjęt taże, że ne ma specjalnych warunów c d typu stswanych funtrów w rzbudwe uładu, ale ne mgą meć węcej nż dwa wejśca. Bramwane sygnałów wejścwych G S G, tórych stan atywny t znacza wynane na nch ddzelne peracj lczynu lgczneg z sygnałem bramującym synchrnzującym G: G raz S S G. (3.) G G ys Przerzutn na funtrach NO z synchrnzacją wprwadzana stanów z wejść G S G Wstępne rzwązane uładu pazan na rys ład ma wadę plegającą na mżlwśc pjawena sę przypadweg stanu na wyjścach. Będze ta, gdy na wejścach jest G = S G =, c daje sprzecznść przy G = (b = S = ), ale jest nedzwlne p zmane G na 0, b wtedy S zmenają sę na 0, a sprzecznść ne mże być pamętana; patrz uwag przy mawanu uładu z rys. 3.. Jedną z mżlwśc unnęca taej sytuacj jest np. przyjęce, że stan G = S G = da ta sam efet, ja zerwane ( G =, S G = 0). Zmdyfwana funcja bramwana sygnału z wejśca S G raz uład pwnny meć pstać: G G SG G G SG G G S S G. (3.) ys Przerzutn na funtrach NO z synchrnzacją raz elmnacją stanu sprzecznśc zwązanej z nm nepewnśc na wyjścach 44

145 3. PZEZTNIKI BISTABILNE I KŁADY SEKWENCYJNE 3... PZEZTNIKI ZŁOŻONE Przerzutn złżny (synchrnczny) ma z defncj wejśce synchrnzujące. Nazywa sę n zegarem, jeżel synchrnzacja wpsu danych lub reacja wyjść na ne następuje na narastającym lub padającym zbczu teg sygnału. Mże nazywać sę wejścem zezwlena, gdy synchrnzacja jest prstym bramwanem wejść danych przez np. wys stan sygnału na nm. D pdstawwych przerzutnów złżnych zalczane są trzy typy: przerzutn typu D, zbczwy, wejśce danych D, synchrnzacja narastającym zbczem sygnału zegarweg C, przerzutn typu D latch, tzw. zatrzaswy, wejśce danych D, synchrnzacja wysm pzmem sygnału zezwlena G, przerzutn typu JK-MS, tzw. dwutatwy, dwustpnwy, wejśca danych J K, synchrnzacja wprwadzena danych d perwszeg stpna wysm pzmem sygnału zegarweg C a zmany stanu wyjśca (wyjśce drugeg stpna) padającym zbczem teg sygnału. Prduwane ułady mgą meć prrytetwe, ba wejśca zerując-ustawające S, tyl jedn, zerujące lub ne meć żadneg z nch. Przyłady pazan na rys. 3.6, a syntetyczne tabele prawdy w tab ys Przerzutn złżne, czyl synchrnczne, ze wszystm rdzajam wejść: wejścam danych (D, J, K), wejścem synchrnzującym (C, G) wejścam zerując-ustawającym ( S) Kółecza na wejścach S, znaczające negację, sygnalzują stan 0 ja atywny dla teg wejśca. Symbl X w tabel znacza bra wpływu stanu daneg wejśca na t, c dzeje sę w przerzutnu. Strzała w górę t narastające zbcze sygnału synchrnzująceg, a strzała w dół zbcze padające. Tab. 3.. Syntetyczna tabele prawdy synchrnczneg przerzutna D zbczweg wejśca zeruj.-ustaw. wejśce danych wejśce synchr. wyjśca mentarz S D C Q n+ Q n nazwa wej/wyj 0 0 X X sprzecznść 0 X X 0 zerwane 0 X X 0 ustawene X Q n Q n pamętane X Q n Q n pamętane X 0 Q n Q n pamętane 0 0 wps danych z D 0 wps danych z D 45

146 PIOT MADEJ Tab. 3.. Syntetyczna tabele prawdy synchrnczneg przerzutna D zatrzas (latch) wejśce zeruj. wejśce danych wejśce synchr. wyjśca mentarz D G Q n+ Q n nazwa wej/wyj 0 X X 0 zerwane X Q n Q n pamętane X 0 Q n Q n pamętane X Q n Q n pamętane 0 0 dane z D wchdzą 0 dane z D wchdzą Tab Syntetyczna tabele prawdy synchrnczneg przerzutna dwutatweg JK-MS wejśca zeruj.-ustaw. wejśca danych wejśce synchr. wyjśca mentarz S J K C Q n+ Q n nazwa wej/wyj 0 0 X X X sprzecznść 0 X X X 0 zerwane 0 X X X 0 ustawene X X 0 Q n Q n pamętane X X Q n Q n pamętane X * X * Q n Q n pamętane 0 0 Q n Q n pamętane 0 0 wps danych z JK 0 0 wps danych z JK Q n Q n zmana na negację * - przy C = stany JK są wpsywane d perwszeg przerzutna, a zbcze padające C przepsuje stan perwszeg d drugeg przerzutna, dlateg zaleca sę, aby stan wejść JK był ustalny przez cały czas trwana C = 3.. PACE PZED ZAJĘCIAMI Stpeń wynana puntów rzutuje na cenę całej grupy. A) Zapznaj sę w lteraturze z dzałanem właścwścam uładów d tematu, wymennych na pczątu CZĘŚCI DOŚWIADCZALNEJ. Będą badane cyfrwe właścwśc przerzutnów uładów na nch, m.n. tabele prawdy, dagramy czaswe. Zwróć uwagę na różne rdzaje wejść: danych, zerujące ustawające, zegarwe, zezwlena a taże na ch prrytety stany sprzeczne (zabrnne?). Na pdstawe wyładu lteratury zaprpnuj racjnalne spsby badana, tj. np. lejnść stanów wejścwych. B) D puntów CZĘŚCI DOŚWIADCZALNEJ, w tórych mwa badanu zaprjetwanych uładów narysuj schemat uładu, ddaj syntetyczną tabelę 46

147 3. PZEZTNIKI BISTABILNE I KŁADY SEKWENCYJNE prawdy (uważaj na znaczena funcje wejść) lub jeśl t Twm zadanem celwe, taże dagramy czaswe, tj. sewencje czaswe sygnałów. C) Czy zaprpnwana przyładwa tabela badana przerzutna S na bramach NAND (tab. 3.4) ma prawdłwą lejnść stanów na wejścach? Ja stan sygnału na wejścu w prstych przerzutnach S na bramach NAND NO jest wymuszającym, czyl jednznaczne defnującym stan wyjśca z teg sameg funtra, 0 czy? zasadnj dpwedz CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Sprawdź, czy w Twjej maece łady Cyfrwe (rys. 4.9) są panele ze scalnym uładam cyfrwym, zawerającym funtry przerzutn w technlg TTL standard lub LS: 7400 lub 74LS00 cztery NAND -wej, 740 lub 74LS0 cztery NO -wej, 7474 lub 74LS74 dwa przerzutn D zbczwe, 7475 lub 74LS75 cztery przerzutn D latch, 7407 lub 74LS07 dwa przerzutn JK-MS. Przygtuj źródł zaslające maetę sup = 5,0 V dłącz je d maety; begun ujemny d masy. Pdłącz zaslane panel zadajnów wsaźnów stanów cyfrwych d szyn zaslających w maece. Panele stswanych scalnych uładów cyfrwych taże muszą być dłączne d szyn zaslających. Pamętaj, że stane wyjść uładu sewencyjneg mże decydwać atualna mbnacja sygnałów na wejścach (c był typwe dla uładów mbnacyjnych), ale taże hstra uładu, tzn. lejnść pdawana na wejśca różnych sygnałów. W zwązu z tym w tabel d sprawdzena dzałana lgczneg ne wystarczy tyl tyle werszy, c dla uładu mbnacyjneg tej samej lczbe wejść. Cały prgram ćwczena jest bszerny; prwadzący zajęca mże plecć grupe wynane tyl częśc puntów prgramu Przerzutn asynchrnczne ch synchrnzacja a) Zbadaj zaprjetwany płączny asynchrnczny (prsty) przerzutn S zbudwany z funtrów NAND z uładu scalneg Dberz prawdłwą lejnść stanów na wejścach (czy wyrzystasz tab. 3.4?); będze t ddatw cenane. Tab Przyład tabel d badana asynchrnczneg przerzutna S na bramach NAND. Czy dbrze zaprjetwan badane; czy lejnść jest prawdłwa czy tyle werszy wystarczy? Czy taą samą tabelę mżna zastswać d przerzutna S na bramach NO? Stany wejść Stany wyjść S Q Q Kmentarz

148 PIOT MADEJ b) Dbuduj d teg przerzutna zaprjetwany prsty uład synchrnzacj wprwadzana stanów z wejść. Zewnętrzne sygnały G, G S G pwnny meć ja stan atywny. Zbadaj dzałane uładu Scalne przerzutn synchrnczne Ne badaj uładów w ta spsób ja prsty przerzutn S. Sprawdź t, c jest plecne w lejnych puntach. a) Badane przerzutna D zbczweg, jedneg z uładu 7474: wyaż prrytet wejść S nad pzstałym (ja jest ch stan atywny, dający prrytet), sprawdź, tóra faza sygnału synchrnzująceg C wpsuje dane z wejśca D d przerzutna, psz wyn słwne. b) Badane przerzutna D latch, jedneg z uładu 7475: sprawdź, tóra faza sygnału zezwlena G wpsuje dane z wejśca D d przerzutna, psz wyn słwne, prównaj z pprzednm przerzutnem. c) Badane przerzutna JK-MS (dwutatweg typu Master-Slave), jedneg z uładu 7407; przeanalzuj teretyczne zbadaj, na le spsbów ja (z jam warunam) mżna w tym przerzutnu sągnąć stan wyjśca Q = 0? łady sewencyjne waga: w tych uładach pwnn być nezależne, prrytetwe wejśce zerujące. W raze ptrzeby zastsuj ddatwe ułady scalne pza wymennym nżej. a) Zaprjetuj, płącz zbadaj asynchrnczny lczn dwubtwy (dzeln częsttlwśc przez 4) z wejścem blady, zbudwany na dwóch przerzutnach JK-MS z jedneg uładu Zdumentuj wyn badana dzałana uładu za pmcą dagramów czaswych. b) Zaprjetuj, płącz zbadaj dwubtwy rejestr przesuwny z szeregwym wejścem danych, wyjścam równległym szeregwym, zbudwany m.n. na dwóch przerzutnach JK-MS z jedneg uładu Jae typy rejestrów przesuwnych mżesz zrealzwać na tym uładze? Sprawdź t dśwadczalne zdumentuj wyn za pmcą dagramów czaswych. 48

149 4. WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH 4. WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH Stanwsa labratryjne są wypsażne jednaw, d ćwczeń prwadznych jedntematyczne, tzw. równym frntem. Mżna jedna realzwać na nch w jednym termne dwlny zestaw ćwczeń przewdzanych prgramem Pdstaw Eletrn lub ładów Eletrncznych. Są trzy grupy wypsażena: aparatura pmarwa pmcncza, maety d mdelwana łączena uładów, elementy wymenne d maet. W tym rzdzale pdan wyaz pdstawwe właścwśc sładnów wypsażena. 4.. APAATA POMIAOWA I POMOCNICZA Tab. 4.. GENEATO FNKCYJNY typ FG-800 ształt sygnału częsttlwść f nastawa płynna mnżn dzesętny (range) błąd nastawy nestablnść częsttlwśc wyjśce pdstawwe rezystancja wyjścwa regulacja ampltudy regulacja sładwej stałej regulacja nesymetr a) snusdalny, prstątny, trójątny z regulacją sładwej stałej raz regulacją nesymetr, b) prstątny pzmach TTL przedzał 0,0 Hz,0 MHz (0,0) 0,,0 ( Hz, 0 Hz,..., MHz) 5,0%f (d 00 Hz) 8,0%f zaresu (d MHz) 0,5% 50 5 (0, 0) V pp+ tłum 0 db d 0 V d + 0 V 0, 0 ddatwe wyjśce sygnał snus.: zneształcena sygnał prst.: nesymetra, t narstu lub t padana sygnał trój.: nelnwść sygnał TTL: t narstu lub t padana sygnał prstątny TTL % (0 Hz 00 Hz) 3% 00 ns dla ma % (0 Hz 00 Hz) 5% (00 Hz MHz) 5 ns 49

150 PIOT MADEJ MIEZONA WIELKOŚĆ PAAMETY NAPIĘCIE STAŁE DC zaresy błąd nne NAPIĘCIE PZEMIENNE AC zaresy błąd nne PĄD STAŁY I DC zaresy błąd nne PĄD PZEMIENNY I AC zaresy błąd nne EZYSTANCJA PZY DC DC zaresy błąd nne CZĘSTOTLIWOŚĆ f zaresy błąd Tab. 4.. MLTIMETY CYFOWE TYP MXD-4660A zaslane secwe jednste ( j ), pdwójne całwane ddatwe trzy pla cyfrwe 0,//0/00/000* V (0,05% 3 j) (0,% 5 j) na 000 V V = 0 M pasm 40 Hz 0 Hz 0,//0/00/750* V sut 750 V s tyl d Hz! (0,8% 0 j) d Hz (,5% 0 j) d Hz Z V = 0 M 00 pf /0/00 ma/0 A (0,3%I 3 j) (0,5%I 3 j) na 0 A A 0, V lub 0,35 V na 0, A pasm 40 Hz 0 Hz, 0 A s d Hz /0/00 ma/0 A s (,5%I 0 j) d Hz (,5%I 0 j) d Hz (,5%I 5 j) na 0 A d Hz A 0, V lub 0,35 V na 0, A 0,//0/00 //0 M (0,5% 3 j) (0,% 5 j) na 0, (0,5% 5 j) na 0 M na,5 V autmatyczny wybór zaresu 0/00 Hz//0 MHz j czyl 0,0% zaresu TYP DT-380 zaslane bateryjne 000 jednste ( j ), pdwójne całwane 0,//0/00/000* V (0,5% j) V = 0 M pasm 40 Hz Hz 0,//0/00/700* V snus (0,8% 3 j) (,% 3 j) na 0, V 700 V Z V = 0 M 60 pf 0/00 A//0/00 ma//0 A (0,5%I j) (,%I j) na 0, A A (,0%I 5 j) na 0 A 0 A A 0, V pasm 40 Hz Hz 0/00 A//0/00 ma//0a snus (,0%I 3 j) (,8%I 3 j) na 0, A A (3,0%I 7 j) na 0 A 0 A A 0, V 0,//0/00 //0 M (0,5% j) (0,5% 3 j) na 0, (,0% j) na 0 M na 0,7 V * Znamnwy najwęszy zares t 000 V, pdane wartśc t granczne merzalne. 50

151 4. WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH Tab OSCYLOSKOP DWKANAŁOWY typ OS-500 (lub 00GN) Eran: 08 cm. Sata: główne dzał cm, pmcncze 0, cm Wejśca: anał (CH, X), anał (CH, Y), zewnętrzne wyzwalane (EXT TIG IN). Impedancja wej. CH CH: M 30 pf. waga na abel: C 0 pf/m. Współcz. dchylana CH lub CH: 5mV/cm...5V/cm w sewencj --5, płynne d,5 razy na ażdej pzycj. Zwęszene wzmcnena 5 dla CH raz dwrócene brazu (INV) dla CH. Błąd dchylana pnweg: 3% (CH przy 5 5%) Szerść pasma (ryterum 3 db): we DC ( ): 0 0 MHz raz 0 0 MHz dla CH przy 5 we AC ( ): 0 Hz 0 MHz raz 0 Hz 0 MHz dla CH przy 5 Czas narstu 7,5 ns (CH przy 5 35 ns) Tryby pracy: CH, CH, DAL (naprzemenna ALT lub seana CHOP), sumwane (ADD), XY. W trybe pracy DAL przełączane anałów (dla pdstawy czasu): naprzemenne ALT (0, s/cm... ms/cm), seane CHOP (5 ms/cm...0, s/cm). Pdstawa czasu lnwa: 0, s/cm...0, s/cm w sewencj --5, płynne d,5 razy lub tryb XY. Mnżn rzcągu czasu 0, tzn. 0 razy zmnejszany wsp. pdstawy czasu. Błąd pdstawy czasu 3% (dla 0 5%). Tryby wyzw. pdst. czasu: ATO, NOMAL, TV-Vert., TV-Hrz. + pzm wyzw. zbcze. Źródła wyzwal.: naprzem. CH CH (VET), tyl CH, zewn. (EXT), seć zasl. (LINE). Wyjśce albracyjne: prstąt Hz, 0,5V pp. Tab ZASILACZ typ ZSM- Trzy nezależne źródła, masy ddzelne. Źródła mżna łączyć szeregw. Odchylene d znamn., I = 0 A: 4,0%. Zmana na 0% zman nap. sec: 0,5%. Dynamczna rezystancja wyj.: 0,. Wyjśce pjedyncze = + 5 V, I ma =,0 A. Wyjśca pdwójne = 9 V, I ma = 0,3 A. Wyjśca pdwójne = 5 V, I ma = 0,3 A. Prąd zwarca źródeł: (,4,3) A. Tab ZASILACZ typ ZMM-3, (3 5) V/, A Jedn wyjśce stablzwane, regulacja płynna, welbrtwa = (+, ) V. Cyfrwe ple dczytwe rzdzelczśc 0, V z wartścą napęca wyjścweg. Masym. błąd wsazana [0,5+(0,V00/ )] % Zmana na 0% zman nap. sec: 0,0 %. Dynamczna rezystancja wyj.: 0 m. Masym. prąd trwałeg bcążena I ma =, A. Sygnalzacja żółtą ddą LED I ma,5 A Prąd zwarca źródła I sh,35 A. Tab ŹÓDŁO typ ŹNM-, -V...+V Jedn wyjśce stablz., regulacja płynna: zgrubna V...+ V, precyzer 0, V...+0, V. Przełączn mnżna wartśc: 0, / / 0. Masymalny prąd trwałeg bcążena 0 ma. Prąd zwarca źródła (5 30) ma. Wyjśca napęć przemennych z transf. sec. d ćwczena łady Zaslające (Ne zwerać!): pdwójne = V s, bc. d I = 0,3 A s pjedyncze = 0 V s, bc. d I =,0 A s. Tab OBCIĄŻALNIK DEKADOWY typ OD-b Klasa 5 Nastawa w deadze: deada I ma P ma*) [] [A] [W] 0, 3,6 5 3, ,7 5 (nast.,,30 0) 00 0, 5 (nast. 00 0,3 0) 0,07 5 *) P ma na jeden s nastawy deady 5

152 PIOT MADEJ ys. 4.. Generatr FG-800, multmetry cyfrwe DT-380 MXD-4660A,scylsp 00GN 5

153 4. WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH ys. 4.. Zaslacze ZSM- ZMM-3, źródł ŹNM-, bcążaln deadwy OD-b 4.. MAKIETY LABOATOYJNE Każde stanws w labratrum jest wypsażne w cztery pdstawwe maety nazwach: KŁADY ZASILAJĄCE, WZMACNIACZE WIELOSTOPNIOWE, WZMACNIACZE OPEACYJNE, KŁADY CYFOWE. Maety mają wymary 3984 cm. W tej częśc rzdzału przedstawn wygląd maet wybrane szczegóły raz rdzaj uładów mżlwych d zrealzwana na ażdej z nch MAKIETA KŁADÓW ZASILAJĄCYCH Na maece (rys. 4.3) na lewym górnym plu mżna płączyć ułady prstwnów pół- pełnreswych z fltram: C, L, LC, C, CLC, CC. Mżna też zrealzwać prstwn w uładze pdwajacza napęca. Dwa pla maety (prawe górne lewe dlne) służą d budwy stablzatrów stałych napęć lub prądów cągłym dzałanu, w parcu scalne ułady stablzatrów unwersalnych lub jednnapęcwych, z ddatwym tranzystram zwęszającym mc bcążena uładów. Ostatne, prawe dlne ple służy d budwy mpulsweg stablzatra dławweg, bnżająceg, pdwyższająceg lub dwracająceg napęce. 53

154 PIOT MADEJ ys Maeta KŁADY ZASILAJĄCE 4... MAKIETA WZMACNIACZY WIELOSTOPNIOWYCH - TANZYSTOOWYCH Ta maeta (rys. 4.4, 4.5) służy przede wszystm d budwy uładów na tranzystrach dysretnych bplarnych unplarnych: wzmacnaczy jedn welstpnwych dla sygnałów przemennych stałych w różnych nfguracjach z różnym bwdam plaryzacj tranzystra, uładów transmsj sygnałów cyfrwych przez łącze zlwane (transptr), źródeł prądwych, prstych stablzatrów napęca, luczy sygnałów analgwych cyfrwych, uładów przesuwana pzmu granczana ampltudy, różnych typów przerzutnów, td.. Mżna badać charaterysty samych tranzystrów dd półprzewdnwych, łączyć ułady berne, ja np. fltry C LC, dzeln szerpasmwe. ys Fragment maety z rys. 4.5: gnazda na elementy gnazda d płączeń 54

155 4. WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH ys Maeta WZMACNIACZE WIELOSTOPNIOWE MAKIETA WZMACNIACZY OPEACYJNYCH W ZASTOSOWANIACH ys Maeta WZMACNIACZE OPEACYJNE 55

156 PIOT MADEJ Trzy pdstawwe pla tej maety (rys. 4.6) służą d łączena węszśc jedn lustpnwych uładów na wzmacnaczach peracyjnych. Pmcnczy dzeln napęca p lewej strne na dle pmaga przy badanu uładów dużych wzmcnenach (służy d pdzału E g ). Maeta ma gnazda na scalne wzmacnacze dzę temu mżna budwać ułady na różnych ch typach pd warunem zgdnśc tpgraf wyprwadzeń. Wszyste ułady na maece są zaslane wspólne tym samym napęcam, dprwadznym z zewnątrz. Dwa górne pla, ze standardwym precyzyjnym wzmacnaczam peracyjnym mają gnazd psane ZEO na ptencjmetr d mpenswana nezrównważena uładów. ys Fragment maety z rys. 4.6: ple d łączena uładów na standardwym WO Ple ze standardwym wzmacnaczam peracyjnym (rys. 4.7) służy d budwy prstych, pdstawwych uładów lnwych, ja np. wzmacnacze napęcwe dwracające nedwracające raz różncwe, ułady całujące różnczujące, prymtywne ułady seletywne (np. z czwórnem T zbcznwane), przetwrn prądwe, transmpedancyjne transadmtancyjne, td. Mżna taże budwać ułady nelnwe, ja np. granczn sygnału, przetwrn lgarytmujące antylgarytmujące z tranzystrem lub ddą, relasacyjne generatry fal prstątnej. Ple z precyzyjnym wzmacnaczam peracyjnym umżlwa budwę prawe wszystch tach uładów ja pprzedne, ale dzę węszej lczbe gnazd, a szczególne rzbudwanej sec p strne wejśca nedwracająceg ułady mgą być bardzej smplwane, ja np. generatry czwórnwe fal snusdalnej z różnym czwórnam seletywnym różnym czwórnam nelnwym d stablzacj ampltudy. Mżna łączyć ułady na dwóch plach, np. generatr funcyjny fal prstątnej trójątnej. Na plu wzmacnaczy nstrumentalnych, czyl pmarwych wzmacnaczy różncwych (rys. 4.8) mżna zbudwać bardz dładne, wysej lasy jednstpnwe wzmacnacze różncwe. Jedna ta część maety służy przede wszystm budwe lustpnwych uładów różncwych dużych rezystancjach wejścwych (np. z wejścwym stpnam wtórnwym) jeszcze ddatw regulwanym wzmcnenu za pmcą jedneg rezystra, bez pgarszana CM wzmacnacza (z wejścwym stpnem DIDO). 56

157 4. WYPOSAŻENIE STANOWISK LABOATOYJNYCH ys Fragment maety z rys. 4.6: ple d łączena uładów precyzyjnych wzmacnaczy różncwych MAKIETA KŁADÓW CYFOWYCH Na maece są pla na wymenne, przyręcane panele ze scalnym uładam cyfrwym. Każdy ta panel ma gnazd na uład, ps typu uładu raz ps tpgraf wyprwadzeń, ja t wdać na rys Każda nóża uładu jest wyprwadzna pprzez gnazd na dwe ńców ł płączenwe. Śrdwy, węszy panel umżlwa przejśce ze standardu łączenweg panel z uładam na standard gnazd wtyów radwych bananwych celem przyłączena aparatury raz elementów z pdstawweg zestawu. ys Maeta KŁADY CYFOWE Bardz ważne panele są na dle, na śrdu p lewej strne. Śrdwy (rys. 4.0) służy d pdawana wejścwych sygnałów cyfrwych d uładów: zespół zadajnów statycznych, zadajn zbczwy, zadajn mpulswy (dwa statne mają 57

158 PIOT MADEJ gwarantwaną jaść zbczy). Zadajn mają ddy śwecące, sygnalzujące wys pzm lgczny na wyjścu zadajna. Lewy dlny panel t zespół wsaźnów pzmów lgcznych na ddach śwecących; służy d dczytywana sygnałów cyfrwych na wyjścach badanych uładów, wys pzm lgczny zapala ddę. Obydwa te panele wymagają zaslena. Napęca zaslające dprwadza sę d maety za pśrednctwem górneg panelu; trzeba je następne samemu rzprwadzć przewdam d panel uładów scalnych raz zadajnów wsaźnów pzmów lgcznych. Zares dpuszczalnych napęć t (5 0,5) V dla uładów TTL (3 8) V dla uładów CMOS. Na maece mżna wynać prste badana elementarnych uładów cyfrwych scalnych, np. pdstawwych funtrów lgcznych, przerzutnów, mparatra, sumatra, td. Mżna jedna przede wszystm łączyć ułady w złżne strutury mbnacyjne sewencyjne, pczynając d najprstszych ja np. dedery, multplesery aż p lczn rejestry przesuwne. ys Fragment maety z rys. 4.9: ple źródła sygnałów dwustanwych, z pmcnczym zapsam studentów 4.3. ZESTAW ELEMENTÓW DO MAKIET ys. 4.. Pdstawwy zestaw, tzw. Ban Elementów wymennych d maet: ndensatry, rezystry, ptencjmetry, ddy zwry 58