Лабораторна робота № 6

На практиці повного знищення постійного рівня синфазного сигналу не відбувається тому, що параметри навіть інтегральних транзисторів і резисторів не можуть бути ідеально узгоджені між собою. Тому деяка частина вхідного синфазного сигналу також підсилюється, вносячи у вихідну диференційну напругу синфазну складову:

U_ВИХ = К_UД (U_ВХ1 - U_ВХ2) + К_UСФ U_ВХСФ, U_ВХСФ = 0,5(U_ВХ1 + U_ВХ2)

де К_UСФ ≈ Rк/2 R_Е – коефіцієнт підсилення синфазної вхідної напруги.

Коефіцієнт ослаблення синфазного сигналу:

К_О.Сф.С = К_UД / К_UСФ ≈ R_Е. / r_Е,

він характеризує якість роботи ДП і показує його здатність виділити слабкий протифазний сигнал на фоні сильної синфазної перешкоди.

Чим більше значення коефіцієнта ослаблення синфазного сигналу К_О.Сф.С , тим кращий диференційний підсилювач.

Коефіцієнт підсилення ДП залежить від способу підключення вхідного сигналу та навантаження:

1) вхідна напруга подається одночасно на обидва входи і навантаження підключається між виходами VT1 і VT2 (див.рис.3);

2) вхідна напруга подається на обидва входи, а навантаження підключається до одного з виходів схеми і до корпусу (рис.4);

3) вхідна напруга подається тільки на один із входів, і навантаження підключене до виходу одного з транзисторів (рис.5).

Для кращого подавлення синфазної напруги (перешкоди) необхідно включати великий опір в коло емітера. Резистор R_Е» h_21Е - призначений для стабілізації емітерного струму. Струм через нього дорівнює:

І₀ = І_Е1 + І_Е2 ≈ І_К1 + І_К2

Опір резистора в колі емітера R_Е не можна брати дуже великим, тому що через емітерний опір протікає струм спокою обох транзисторів, що викликає велике падіння постійної складової напруги. Тому для подавлення синфазної складової напруги в якості емітерного резистора R_Е використовують схеми генераторів стабільного струму (ГСС), які мають малий опір для постійної складової і великий опір для змінної складової (диференційний опір) (рис.1).

Опис досліджуваної мікросхеми К118УД1Б

Схема ДП з ГСС на базі мікросхеми К122УД1Б (рис.2) складається з диференційного каскаду на транзисторах VT1 і VT4 з колекторними навантаженнями R1, R5; генератора стабільного струму ГСС на транзисторі VT2; кола зміщення з резисторами R3, R4, R6 і транзистора VT3 у діодному включенні. Коло зміщення призначене для задання режиму роботи ГСС і температурної стабілізації цього режиму.

Номінальна напруга живлення ІМС К122УД1Б U_ДЖ – мінус 6,3В та +6,3В.

Вхідний струм І_вх = 10...20 мкА; R_ВХ = 3..6кОм; R_ВИХ =3...7кОм; R_Е = 50кОм;

Коефіцієнт передачі за струмом h_21Е = 600; h_11Е h_21Е = 300; r_Е = 5кОм.

Коефіцієнт підсилення ДП прямо пропорційний струму ГСС, який у свою чергу залежить від струму у колі зміщення. Струм зміщення залежить від способу підключення виводів 8 і 11 кола зміщення.

Оптимальним режимом роботи ІМС є режим при заземленому виводі 11, тоді через коло зміщення протікає струм:

І_зм = (U_ДЖ – U_{БЕ VT 3}) / (R3 + R4); U_{БЕ VT3} = 0,7В.

Враховуючи приблизну рівність R2 і R4, можна вважати, що І_зм ≈ І₀.

Для збільшення коефіцієнту підсилення схеми можна збільшити струм ГСС І₀ шляхом паралельного з'єднання опорів ІМС R3 і R6 (замкнути між собою виводи 8 і 12, вивід 11 заземлити).

Тоді струм зміщення становить:

І_зм = (U_ДЖ – U_{БЕ VT 3})/ [(R4 + R3 R6) / (R3 + R6)].

5 Послідовність виконання роботи:

5.1 Підготовка до роботи

5.1.1 Вивчити схему диференційного підсилювача К118УД1Б (рис.2). Вказати призначення елементів.

5.1.2 Визначити струм зміщення з вільними (непід'єднаними) виводами 8 і 11.

5.1.3 Визначити струм зміщення в оптимальному режимі – з заземленими виводами 8 і 11.

5.1.4 Визначити струм зміщення в максимальному режимі – з замкненими виводами 8 і 12, вивід 11 при цьому заземлений.

5.2 Виконання роботи за допомогою комп'ютерного моделювання дії мікросхеми К118УД1Б (рис.1)

5.2.1 Накреслити схему вмикання для симетричних входу і виходу ДП.

5.2.1.1 Подати на входи IN1, IN2 комп'ютерної моделі К118УД симетричний синфазний вхідний сигнал U_ВХ = 50 мВ, f =1000 Гц. Для забезпечення синфазних вхідних сигналів у вхідному колі транзистора VT2 перемикач „Х” поставити у ліве положення – підключаються джерела сигналу з однаковою фазою. Перемикач „Z” знаходиться при цьому в нижньому положенні. Замалювати часові діаграми роботи ДП.

5.2.1.2 Подати на входи IN1, IN2 ІМС симетричний протифазний вхідний сигнал. Для цього перемикач „Х” поставити у праве положення для включення у вхідне коло транзистора VT2 (IN2) джерела сигналу U_ВХ2 =50 мВ, f = 1000 Гц, з зсувом за фазою на 180°. Перемикач „Z” залишити в нижньому положенні. Прослідити, як на симетричному виході зміниться вихідна напруга при дії вхідного протифазного сигналу. Замалювати часові діаграми, визначити U_ВИХ та К_UД.

5.2.2 Накреслити схему вмикання для несиметричного входу і та симетричного виходу ДП. Для забезпечення несиметричного входу на схемі поставити перемикач „Z” у верхнє положення, заземливши таким чином транзистор VT2. Тобто отримаємо ДП по входу IN1, вхід IN2 заземлений.

5.2.2.1 Виводи 8 і 11 мікросхеми залишити вільними ((непід'єднаними), для чого перемикач „В” поставити також у вільне положення. Перемикач „N” повинен стояти в правому положенні, перемикач „М” – в нижньому. Подати вхідний сигнал U_ВХ = 50 мВ, f =1000 Гц на вхід IN1, замалювати часові діаграми, визначити U_ВИХ та К_UД.

5.2.2.2 Установити дільником оптимальний режим, тобто заземляємо виводи 8 і 11 ІМС. Для чого перемикач „В” перевести у верхнє положення, перемикач „М” – у верхнє положення. Прослідити зміну підсилення, замалювати часові діаграми, визначити U_ВИХ та К_UД.

5.2.2.3 Дослідити максимальний режим роботи ІМС К118УД1Б. Для цього замкнути виводи 8 і 12, залишаючи вивід 11 заземленим, тобто перемикач „N” поставити у ліве положення. Прослідити зміну підсилення, замалювати часові діаграми, визначити U_ВИХ та К_UД.

Дані занести у таблицю 1.