Лабораторная работа Дифференциальный усилитель

• Название: Лабораторная работа Дифференциальный усилитель
• Дата: 20.04.2021
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: Differentsialny_Usilitel.docx
• Тип: Лабораторная работа; #196866

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт физики

Кафедра радиофизики

Лабораторная работа

«Дифференциальный усилитель»

Направление: Радиофизика

Работу выполнил: Студент 3 курса

Ямолдин Александр Алексеевич

Группа 06-722

Казань 2019

Цель работы:

Исследовать основные характеристики дифференциального усилителя при различных входных и выходных сигналах.

Результаты эксперимента и их анализ

Упражнение 1: Амплитудная характеристика дифференциального усилителя при действии входного симметричного сигнала.

Симметричный сигнал с генератора синусоидальных колебаний подали на вход дифференциального усилителя по схеме, показанной на рис 1.1. Изменяя амплитуду входного сигнала, нашли линейный и нелинейный участки работы усилителя.



Рис1.1 схема установки

Частоту генератора установим в 3500 Гц

Рассчитали значения АХ по формуле:





Рис 1.2. График амплитудной характеристик усилителя,

На линейном участке АХ определили практическое значение коэффициента усиления симметричного сигнала, а также рассчитали значение этого коэффициента по теоретической формуле:

113

152

Упражнение 2: Исследование сигналов на выходах дифференциального усилителя при различных входных сигналах.

а) Подали несимметричный сигнал на один из входов дифференциального усилителя и заземлили второй. Измерили выходное напряжение на обоих выходах усилителя



Рис 2.1 На один вход ДУ симметричный сигнал, другой - заземлен

,

При помощи осциллографа методом фигур Лиссажу измерили сдвиг фаз между входными и выходными сигналами для каждого из входов.

1) 2)

Рис 2.2 Фигура Лиссажу с сдвигом фаз 0 и π, 1) не инвертирующий выход 2) инвертирующий выход

б) Подадим на входы симметричный сигнал той же амплитуды, что и в первом пункте (U_вх= 30мВ). Аналогичным способом с помощью метода фигур Лиссажу убедились, что выход 1 – неинвертирующий, а выход 2 – инвертирующий



1) 2)

Рис 2.3Фигура Лиссажу при симметричном сигнале с сдвигом фаз π и 0. 1) не инвертирующий выход 2) инвертирующий выход

Из рисунков следует , что увеличение выходных амплитуд в 2 раза объясняется тем, что на вход действует сигнал с амплитудой Е, а не Е/2, как в предыдущем случае.

Упражнение 3: Измерение входных сопротивлений для случая симметричного сигнала

а) Схема измерения приведена на рисунке 3.1



Рис. 3,1

Измерили выходные напряжения:

При R_доб = 0: U_вых = 0.98 В

При R_доб 0: U_вых = 0.3 В

Практически входное сопротивление усилителя определяется формулой:



где R_доб = 10кОм





б) Имитировали внутреннее сопротивление второй половины источника дифференциального сигнала, включая сопротивление Rг. С учетом этого измерили входное сопротивление. Rг = 10кОм

При R_доб = 0: U_вых = 0.5 В

При R_доб 0: U_вых = 0,32 В

Посчитали практическое значение R_вх:





Упражнение 4: Измерение характеристик дифференциального усилителя при действии синфазного сигнала

Включили синфазный сигнал при закороченных добавочных сопротивлениях. Измерительные приборы подключили к выходу операционного усилителя. Рассмотрели две схемы эмиттерной цепи: подключен генератор тока или подключено R_э.

Входное напряжение генератора:

Положение переключателя S6 « » - генератор тока:

Выходное напряжение усилителя:

Коэффициент передачи синфазного сигнала:

0.038



Коэффициент ослабления синфазного сигнала:





Положение переключателя S6 «R_э»:

Выходное напряжение усилителя:

Коэффициент передачи синфазного сигнала:



1.73

Коэффициент ослабления синфазного сигнала:



14000

Упражнение 5: Измерение входного сопротивления дифференциального усилителя для синфазного сигнала.

Методика измерения входного сопротивления такая же, как и при случае симметричного сигнала. В связи с тем, что для синфазного сигнала входное сопротивление во много раз больше, чем для симметричного, добавочное сопротивление выбирается соответственно тоже гораздо больше. Измерения проведем при включении в эмиттерную цепь , так как при включении в эту цепь генератора тока входное сопротивление станет настолько большим, что не обеспечит точность измерения при выбранном значении .

Измерим выходные напряжения:

При R_доб = 0: U_вых = 0,21 В

При R_доб 0: U_вых = 0,18 В

Входное сопротивление ДУ для синфазного сигнала вычислим по формуле (рис.10)





Упражнение 6: Исследование подавления синфазной помехи

Подали на клеммы X1-X3 с сигнал с амплитудой, обеспечивающей линейный режим работы усилителя. К клемме X4 подключили источник синфазной помехи и накоротко замкнули добавочные сопротивления.



Рис6.1 схема подключения





Подключили осциллограф к одному из входов дифферинцального усилителя. Регулируя амплитуду помехи, добились картины биений при разный положениях переключателя S6 в эмиттерной цепи усилителя.



Рис 6.2 Осцилограмма сигнала со входа усилителя с амплитудой U_max=2.5 мВ при положение переключателя S6 « » - генератор тока.



Рис 6.3 Осцилограмма сигнала со входа усилителя с амплитудой U_max= 18 мВ при положение переключателя S6 «Rэ» - нагрузка на эметтере.

Переключили осциллограф на выход усилителя и убедились в существовании одного гармонического сигнала



Рис 6.3 Осцилограмма сигнала на выходе усилителя с амплитудой U_max.=3 В.

Как видно из осциллограммы дифференциальный усилитель исполняет свою основную функцию, подавление синфазного сигнала

Изменили частоту помехи и полезного сигнала так, чтобы они отличались не менее чем в 10 раз.







Рис 6.4 Осцилограмма сигнала со входа усилителя с амплитудой сигнала U_max.=20 мВ при увеличеной частоте помехи в 10 раз.

Переключил осциллограф на выход усилителя.



Рис 6.4 Осцилограмма сигнала на выходе усилителя с амплитудой U_max.=3.4 В.



Рис 6.4 Осцилограмма сигнала на выходе усилителя с амплитудой помехой U_помех=3.5 В

Как видно из осциллограммы при пересечения U_помех=18 мВ дифференциальный усилитель перестает подавлять синфазную помеху

Заключение:

Исследовали основные характеристики дифференциального усилителя при различных входных и выходных сигналах, и получили:

1) Экспериментальные и теоретические значения АХ усилителя. Была определена линейная и нелинейная область АХ, . Экспериментально и теоретически были определены коэффициенты усиления симметричного сигнала: ,

2) На один из входов ДУ подал несимметричный сигнал, и по методу фигур Лиссажу определил неинвертирующий и инвертирующие выходы усилителя. Далее на оба входа подал симметричный сигнал той же амплитуды, что и в первом случае и убедился, что первых выход – неинвертирующий, второй – инвертирующий, так как и в первом и во втором случае фигуры Лиссажу показывали одинаковый сдвиг фаз.

3) Измерили выходное напряжение усилителя при включенным и выключенном добавочным сопротивлении и вычислили практическое значение входного сопротивления: , теоретическое оказалось равным:

4) Рассчитали коэффициенты передачи синфазного тока и коэффициенты ослабления синфазного сигнала:

а) «Генератор тока»:



б)



5) Методика измерения входного сопротивления такая же, как и при случае симметричного сигнала. Входное сопротивление усилителя для синфазного сигнала оказалась равным:

R_вхс (прак)=600 кОм

R_вхс (теор)=(1+β) Rэ=851кОм

6) Исследование подавления синфазной помехи

В данном пункте мы исследовали усилитель на факт подавления помехи и убедились в этом