Ćwiczenie nr 6 Badanie wzmacniacza operacyjnego
CEL: Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości wzmacniaczy operacyjnych i komparatorów oraz możliwości
wykorzystania ich do realizacji bloków funkcjonalnych poprzez dobór odpowiednich sprzężeń zwrotnych.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
1. OGLDZINY
Dokonać oględzin badanego wzmacniacza operacyjnego określając jego:
typ,
oznaczenie,
topologię wyprowadzeń,
rodzaj obudowy.
Zaznajomić się z danymi katalogowymi badanego wzmacniacza operacyjnego.
UWAGA: Karta katalogowa badanego wzmacniacza operacyjnego znajduje w odrębnej
instrukcji.
2. Pomiary charakterystyk przejściowych i parametrów wzmacniacza
operacyjnego w układzie odwracającym
2.1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza
Dokonać połączenia układu zgodnie z rysunkiem 1. Ustawić pokrętła Z1 w pozycji 2
a Z2 w położeniu 3 . Zmienić wartość napięcia podawanego na wejście We1 od
wartości około 12V do +12V za pomocą potencjometru P1. Napięcie wejściowe
zmieniać z krokiem około 1V. Pomiary powtórzyć dla innych nastaw wartości Z1, Z2
podanych przez prowadzącego. Wyniki pomiaru zapisać w tabeli 1.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V.
UWAGA: Napięcie zasilające wzmacniacz operacyjny większe niż ą 18V zazwyczaj
powoduje jego uszkodzenie.
Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania wzmacniacza operacyjnego w układzie
odwracającym
1
Tabela 1. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie
odwracającym
Z1 -2 UWe1 [V] -12,0 -11,0 ... ... ... ... 11,0 12,0
Z2 - 3 UWy [V]
Z1 - ... UWe1 [V] -12,0 -11,0 ... ... ... ... 11,0 12,0
Z2 - ... UWy [V]
2.2. Wyznaczenie oporu wejściowego wzmacniacza w układzie odwracającym
W układzie pomiarowym jak na rys. 1 ustawić zadane napięcie wejściowe (V1) np.
12V. Zmierzyć wartość napięcia wyjściowego (V2). Następnie usunąć zworkę łączącą
wejście We1 z wejściem wzmacniacza. W miejsce zworki podłączyć rezystancję Rs1.
Nie zmieniając wartości napięcia zasilającego (V1) odczytać napięcie na wyjściu
wzmacniacza (V2). Po odczytaniu napięcia odłączyć rezystor Rs1. Wyniki pomiarów
zapisać w Tabeli 2.
Tabela 2. Wyznaczanie oporności wejścia i wyjścia wzmacniacza w układzie odwracającym
Uwe [V] Uwy [V] Uwy [V] z Rs1
Z1 2, Z2 -3 12
Uwy [V] ] z RL1 Uwy [V] z RL2 Uwy [V] z RL3
Uwy [V] ] z RL "
Z1 2, Z2 -3
12
2.3. Wyznaczenie oporu wyjściowego wzmacniacza w układzie odwracającym
Ponownie wpiąć zworkę łączącą wejście We1 z wejściem wzmacniacza.
operacyjnego. Ustawić taką wartość napięcia wejściowego, aby na wyjściu
wzmacniacza (V2) uzyskać około 12 V przy ustawieniach przełączników Z1 2, Z2
3 oraz RL - ". Następnie zmieniać położenie przełącznika RL od 1 do 3 z
jednoczesnym odczytem napięcia wyjściowego (V2) dla każdej pozycji. Wyniki
pomiarów umieszczać w Tabeli 2
2.4. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza w układzie odwracającym
Odłączyć zworkę łączącą potencjometr P1 z wejściem We1 oraz woltomierze V1 i V2.
Połączyć układ zgodnie z rysunkiem 2. Sygnał wyjściowy z generatora ustawić jako
sinusoidalny. Składową stałą ustawić na poziomie zerowym (tzw. praca bez Offsetu).
Czułość dla sygnału wyjściowego oscyloskopu ustawić na poziomie 2V/dz. Pozycje
przełączników ustawić 2 dla Z1, 3 dla Z2 oraz " dla R3 i RL. Ustawić
częstotliwość generatora na poziomie około 300 Hz. Amplitudę sygnału wejściowego
dobrać tak by przebieg napięcia wyjściowego wzmacniacza zajmował np. 8 działek na
ekranie oscyloskopu. Zwiększając częstotliwość generatora określić częstotliwości,
przy których amplituda sygnału wyjściowego maleje kolejno: 2 razy, 10 razy i 20
razy. Powtórzyć pomiary przełączając kolejno przełącznik Z2 w położenie: 5 i 7
odpowiednio. Podczas pomiarów zwracać uwagę, aby sygnał wyjściowy nie był
zniekształcony. Wyniki pomiarów zapisać do Tabeli 3.
2
Tabela 3. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza w układzie odwracającym
Spadek sygnału Z1 2, Z2 - 3 Z1 2, Z2 - 5 Z1 2, Z2 - 7
2 razy
10 razy
20 razy
Rys.2. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania pasma przenoszenia wzmacniacza
operacyjnego w układzie odwracającym
3. Pomiary charakterystyk przejściowych i parametrów wzmacniacza
operacyjnego w układzie nieodwracającym
3.1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza w układzie
nieodwracającym
Dokonać połączenia układu zgodnie z rysunkiem 3. Ustawić pokrętła Z1 w pozycji 2
a Z2 w położeniu 3 . Zmienić wartość napięcia podawanego na wejście We1 od
wartości około 12V do +12V za pomocą potencjometru P1. Napięcie wejściowe
zmieniać z krokiem około 1V. Pomiary powtórzyć dla innych nastaw wartości Z1, Z2
podanych przez prowadzącego. Wyniki pomiaru zapisać w Tabeli 4.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V.
3
Rys.3. Schemat układu pomiarowego do badania wzmacniacza operacyjnego w układzie
nieodwracającym
Tabela 4. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie
nieodwracającym
Z1 -2 UWe1 [V] -12,0 -11,0 ... ... ... ... 11,0 12,0
Z2 - 3 UWy [V]
Z1 - ... UWe1 [V] -12,0 -11,0 ... ... ... ... 11,0 12,0
Z2 - ... UWy [V]
3.2. Wyznaczenie oporu wejściowego wzmacniacza nieodwracającego
W układzie pomiarowym jak na rys. 3 ustawić zadane napięcie wejściowe (V1) np.
12V. Zmierzyć wartość napięcia wyjściowego (V2). Następnie usunąć zworkę łączącą
wejście We2 z wejściem + wzmacniacza. W miejsce zworki podłączyć rezystancję
Rs2. Nie zmieniając wartości napięcia zasilającego (V1) odczytać napięcie na wyjściu
wzmacniacza (V2). Następnie wypiąć rezystor Rs2 a wpiąć rezystor Rs3 ponownie
dokonując odczytu napięcia (V2) na wyjściu wzmacniacza. Po skończonych
pomiarach odłączyć rezystor Rs3 a wejście We2 ponownie połączyć z wejściem +
wzmacniacza. Wyniki pomiarów zapisać w Tabeli 5.
Tabela 5. Wyznaczanie oporności wejścia i wyjścia wzmacniacza w układzie
nieodwracającym
Uwe [V] Uwy [V] Uwy [V] z Rs2 Uwy [V] z Rs3
Z1 2, Z2 -3 12
Uwy [V] ] z RL1 Uwy [V] z RL2 Uwy [V] z RL3
Uwy [V] ] z RL "
Z1 2, Z2 -3
12
4
3.3. Wyznaczenie oporu wyjściowego wzmacniacza w układzie nieodwracającym
Ponownie wpiąć zworkę łączącą wejście We1 z wejściem + wzmacniacza.
operacyjnego. Ustawić taką wartość napięcia wejściowego, aby na wyjściu
wzmacniacza (V2) uzyskać około 12 V przy ustawieniach przełączników Z1 2 , Z2
3 oraz RL " . Następnie zmieniać położenie przełącznika RL od 1 do 4 z
jednoczesnym odczytem napięcia wyjściowego (V2) dla każdej pozycji. Wyniki
pomiarów umieszczać w Tabeli 5
3.4. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza w układzie nieodwracającym
Odłączyć zworkę łączącą potencjometr P1 z wejściem We2 oraz woltomierze V1 i V2.
Połączyć układ zgodnie z rysunkiem 4. Sygnał wyjściowy z generatora ustawić jako
sinusoidalny. Składową stałą ustawić na poziomie zerowym (tzw. praca bez Offsetu).
Czułość dla sygnału wyjściowego oscyloskopu ustawić na poziomie 2V/dz. Pozycje
przełączników ustawić 2 dla Z1, 3 dla Z2 oraz " dla R3 i RL. Ustawić
częstotliwość generatora na poziomie około 300 Hz. Amplitudę sygnału wejściowego
dobrać tak by przebieg napięcia wyjściowego wzmacniacza zajmował np. 8 działek na
ekranie oscyloskopu. Zwiększając częstotliwość generatora określić częstotliwości,
przy których amplituda sygnału wyjściowego maleje kolejno: 2 razy, 10 razy i 20
razy. Powtórzyć pomiary przełączając kolejno przełącznik Z2 w położenie: 5 i 7
odpowiednio. Podczas pomiarów zwracać uwagę, aby sygnał wyjściowy nie był
zniekształcony. Wyniki pomiarów zapisać do Tabeli 6.
Tabela 6. Pomiar pasma przenoszenia wzmacniacza w układzie nieodwracającym
Spadek sygnału Z1 2, Z2 - 3 Z1 2, Z2 - 5 Z1 2, Z2 - 7
2 razy
10 razy
20 razy
Rys.4. Schemat układu pomiarowego do wyznaczania pasma przenoszenia wzmacniacza
operacyjnego w układzie nieodwracającym
5
4. Pomiary charakterystyk przejściowych i parametrów wzmacniacza w
układzie nieodwracającym wtórnik
4.1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza w układzie
nieodwracającym -wtórnika
Dokonać połączenia układu zgodnie z rys. 3. Ustawić pokrętła Z1, R3, RL w pozycji
" a Z2 w położeniu 1. Zmienić wartość napięcia podawanego na wejście We2 od
wartości około 12V do +12V za pomocą potencjometru P1. Napięcie wejściowe
zmieniać z krokiem około 1V. Pomiary powtórzyć dla innych nastaw wartości Z1, Z2
podanych przez prowadzącego. Wyniki pomiaru zapisać w Tabeli 7.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V.
Tabela 7. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie
nieodwracającym - wtórnik
UWe1 [V] -12,0 -11,0 ... ... ... ... 11,0 12,0
Z1 - "
Z2 - 1 UWy [V]
4.2. Wyznaczenie oporu wejściowego wzmacniacza nieodwracającego w układzie
nieodwracającym - wtórnik
W układzie pomiarowym jak na rys. 3 ustawić zadane napięcie wejściowe (V1) np.
12V. Zmierzyć wartość napięcia wyjściowego (V2). Następnie usunąć zworkę łączącą
wejście We2 z wejściem + wzmacniacza. W miejsce zworki podłączyć rezystancję
Rs2. Nie zmieniając wartości napięcia zasilającego (V1) odczytać napięcie na wyjściu
wzmacniacza (V2). Następnie wypiąć rezystor Rs2 a wpiąć rezystor Rs3 ponownie
dokonując odczytu napięcia (V2) na wyjściu wzmacniacza. Po skończonych
pomiarach odłączyć rezystor Rs3 a wejście We2 ponownie połączyć z wejściem +
wzmacniacza.. Wyniki pomiarów zapisać w Tabeli 8.
Tabela 8. Wyznaczanie oporności wejścia i wyjścia wzmacniacza w układzie
nieodwracającym - wtórnik
Uwe [V] Uwy [V] Uwy [V] z Rs2 Uwy [V] z Rs3
12
Z1 ", Z2 -1
Uwy [V] ] z RL1 Uwy [V] z RL2 Uwy [V] z RL3
Uwy [V] ] z RL "
Z1 ", Z2 -1
12
4.3. Wyznaczenie oporu wyjściowego wzmacniacza nieodwracającego w układzie
nieodwracającym - wtórnik
Ponownie wpiąć zworkę łączącą wejście We1 z wejściem + wzmacniacza.
operacyjnego. Ustawić taką wartość napięcia wejściowego, aby na wyjściu
wzmacniacza (V2) uzyskać około 12 V przy ustawieniach przełączników Z1 1, Z2
3 oraz RL - ". Następnie zmieniać położenie przełącznika RL od 1 do 4 z
6
jednoczesnym odczytem napięcia wyjściowego (V2) dla każdej pozycji. Wyniki
pomiarów umieszczać w Tabeli 8.
5. Komparator
5.1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej komparatora bez histerezy
Dokonać połączenia układu zgodnie z rysunkiem 6. Ustawić pokrętła Z2, R3, RL w
pozycji " a Z1 w położeniu 2 . Wejście We2 połączyć z + wejściem wzmacniacza
poprzez rezystor Rs1. Pomiędzy We2 a masę układu (Ą") doprowadzić napięcie Udc1.
Napięcie z potencjometru P1 doprowadzić do wejścia We1. Napięcie wejściowe Udc1
ustawiać skokowo co około 2V od wartości 0V do +10V. Zmienić wartość napięcia
podawanego na wejście We2 od wartości około -12V do +12V za pomocą
potencjometru P1. Jednocześnie odczytywać napięcia wejściowe i wyjściowe za
pomocą woltomierzy cyfrowych. Zamienić miejscami doprowadzone napięcia tzn.
napięcie Udc1 dołączyć do We2, a napięcie z potencjometru P1 dołączyć do We1 i
powtórzyć wszystkie pomiary. Wyniki pomiarów zapisać w Tabeli 9.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V.
Tabela 9. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej komparatora bez histerezy
Uwe1 [V] Uwe2 [V] Uwy [V]
Rys.5. Schemat układu pomiarowego do badania komparatora bez histerezy
5.2. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI PRZEJŚCIOWEJ KOMPERATORA Z HISTEREZ
W układzie pomiarowym z rys. 5 pokrętło R3 ustawić w położenie 1 . Napięcie
wejściowe Udc1 ustawiać z przedziału 0V 2V. Zmienić wartość napięcia
7
podawanego na wejście We2 od wartości około -12V do +12V za pomocą
potencjometru P1. Jednocześnie odczytywać napięcia wejściowe i wyjściowe za
pomocą woltomierzy cyfrowych. Pomiary wykonywać w obie strony tzn. od -12V do
+12V a następnie od +12V do -12V. Pomiary powtórzyć dla pozycji 3 i 5 pokrętła
R3. Zamienić miejscami doprowadzone napięcia tzn. napięcie Udc1 dołączyć do We2,
a napięcie z potencjometru P1 dołączyć do We1 i powtórzyć wszystkie pomiary.
Wyniki pomiarów zapisać w Tabeli 10.
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V.
Tabela 10. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej komparatora z histerezą
Uwe1 [V] Uwe2 [V] Uwy [V]
6. OBLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW WZMACNIACZA OPERACYJNEGO
6.1 Obliczanie wzmocnienia napięciowego wzmacniacza odwracającego
Wzmocnienie teoretyczne wzmacniacza operacyjnego odwracającego obliczamy z
zależności:
Z2
ku = - .
Z1
Rzeczywiste wzmocnienie układu obliczamy na podstawie wyników z Tabeli 1 ze
wzoru:
UWY
k = -
u
UWE1
6.2. Obliczanie rezystancji wejściowej i wyjściowej wzmacniacza operacyjnego
odwracającego
Na podstawie wyników pomiarów z tabeli 2, korzystając z pomiarów spadków napięć
wywołanych dołączeniem dodatkowego rezystora na wejściu (Rs1 dla oporu
wejściowego) lub obciążającego wyjście (RL dla oporu wyjściowego) wyliczyć
odpowiednio opór wejściowy RWE i wyjściowy RWY wzmacniacza odwracającego,
posługując się zależnościami:
Rs1 UWY1- UWY1
R = R = .
WE WY
UWY UWY 2 UWY1
-1 -
UWY1 R R
L 2 L1
8
6.3. Obliczanie wzmocnienia napięciowego wzmacniacza nieodwracającego
Wzmocnienie teoretyczne wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego obliczamy z
zależności:
Z2
ku = 1+ .
Z1
Rzeczywiste wzmocnienie układu obliczamy na podstawie wyników z Tabeli 1 ze
wzoru:
UWY
ku =
UWE2
6.4. Obliczanie rezystancji wejściowej i wyjściowej wzmacniacza operacyjnego
nieodwracającego
Na podstawie wyników pomiarów z tabeli 4, korzystając z pomiarów spadków napięć
wywołanych dołączeniem dodatkowego rezystora na wejściu (Rs2, Rs3 dla oporu
wejściowego) lub obciążającego wyjście (RL dla oporu wyjściowego) wyliczyć
odpowiednio opór wejściowy RWE i wyjściowy RWY wzmacniacza odwracającego,
posługując się zależnościami:
Rs 2 Rs3 UWY1- UWY1
R = lub R = R = .
WE WE WY
UWY UWY UWY 2 UWY1
-1 -1 -
UWY(Rs2) UWY(Rs3 ) R R
L 2 L1
Sprawozdanie
I. Część formalna:
a) temat ćwiczenia laboratoryjnego,
b) skład zespołu laboratoryjnego,
c) data wykonania ćwiczenia.
II. Część pomiarowa:
a) schemat układu pomiarowego,
b) dane katalogowe badanego wzmacniacza operacyjnego,
c) wykaz przyrządów pomiarowych,
d) wyniki pomiarów zestawione w tabelach.
III. Część wynikowa:
a) obliczenia parametrów wzmacniacza operacyjnego odwracającego:
o rezystancja wejściowa RWE,
o rezystancja wyjściowa RWY,
o teoretyczne i rzeczywiste wzmocnienie napięciowe ku.
b) charakterystyki przejściowe wzmacniacza operacyjnego odwracającego:
9
o UWY = f(UWE1),
o ku = f(UWE1),
o ku = f(f) w skali logarytmicznej.
c) obliczenia parametrów wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego:
o rezystancja wejściowa RWE,
o rezystancja wyjściowa RWY,
o teoretyczne i rzeczywiste wzmocnienie napięciowe ku.
d) charakterystyki przejściowe wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego i wtórnika:
o UWY = f(UWE1),
o ku = f(UWE1),
o ku = f(f) w skali logarytmicznej.
e) charakterystyki przejściowe komparatora bez histerezy:
o UWY = f (UWE1),
o UWY = f (UWE2).
f) charakterystyki przejściowe komparatora z histerezą:
o UWY = f (UWE1),
o UWY = f (UWE2).
IV. Wnioski dotyczące:
o porównania obliczonych rzeczywistych wartości wzmocnień napięciowych z
wartościami teoretycznymi,
o porównania obliczonych rzeczywistych wartości rezystancji wejściowych i
wyjściowych z wartościami teoretycznymi,
o porównania działania wzmacniacza nieodwracającego oraz wtórnika,
o porównania działania komparatora bez histerezy oraz z histerezą,
o ogólne wnioski dotyczące wzmacniacza operacyjnego.
Wymagania
" symbol, oznaczenie wzmacniacza operacyjnego,
" rodzaje wejść wzmacniacza operacyjnego,
" parametry idealnego wzmacniacza,
" wzmacniacz odwracający schemat, zasada działania, wzmocnienie napięciowe,
" wzmacniacz nieodwracający schemat, zasada działania, wzmocnienie napięciowe,
" wzmacniacz nieodwracający w układzie wtórnika schemat, zasada działania,
" wzmacniacz różnicowy schemat, zasada działania,
" wzmacniacz sumujący schemat, zasada działania,
" wzmacniacz całkujący schemat, zasada działania,
" wzmacniacz różniczkujący schemat, zasada działania,
" komparator bez histerezy schemat, zasada działania,
" komparator z histerezą schemat, zasada działania.
10
Tabela oporów i pojemności
Z1 Z2 R3 RL
Pozycja Wartość Pozycja Wartość Pozycja Wartość Pozycja Wartość
1 1 1 1
5 k 0 20 2
2 2 2 2
10 k 10 k 50 k 5 k
3 3 3 3
15 k 20 k 100 k 10 k
4 4 4 4
20 k 50 k 200 k 20 k
5 5 5
25 k 100 k 500 k
6 6 6
30 k 200 k 1 M " "
7
500 k
8
" " 1 M " "
" "
C1 C1
0.1 źF 0.1 źF
C2 C2
1.0 źF 1.0 źF
C3 C3
10 źF 10 źF
Rs1
10 k
Rs2
300 k
Rs3
10 M
Literatura
1. Nadachowski M., Kulka Z.: Scalone układy analogowe , WKiA, Warszawa
1985.
2. Rusek M., Pasierbiński J.: Elementy półprzewodnikowe: układy scalone w
pytaniach i odpowiedziach . WNT Warszawa 1999r.
3. Nosal Z. Baranowski J.: Układy elektroniczne. Cz. I. Układy analogowe liniowe ,
WNT, Warszawa 2003.
4. Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki Cz. I, WKiA, Warszawa 2003,
11
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
PE LAB 6 Zastosowanie wzmacniacza operacyjnegoELEKTRONIKA WZMACNIACZE OPERACYJNESzanse i zagrożenia wynikające z wydzierżawienia grunty pod elektrownie wiatrowąWzmacniacze operacyjneProjekt umowy dzierzawy gruntow rolnych pod elektrownie wiatroweWzmacniacze operacyjne Łyk historii i podstawy (372KB)Wzmacniacz operacyjnyWYKŁAD Układy wzmacniaczy operacyjnych z elementami nieliniowymic09 07 Wzmacniacz operacyjnyPrzeznaczenie gruntów na cele nierolne pod elektrownie wiatrowewzmacniacze operacyjne 2więcej podobnych podstron