WZMACNIACZ OPERACYJNY

Transkrypt

1 1. OPIS WKŁADKI DA 01A WZMACNIACZ OPERACYJNY Wkładka DA01A zawiera wzmacniacz operacyjny A 71 oraz zestaw zacisków, które umożliwiają dołączenie elementów zewnętrznych: rezystorów, kondensatorów i zwór. Rezystory R 1 i R 2 zmniejszają wpływ kabli połączeniowych na działanie układu i wyniki pomiarów, natomiast rezystory R 3 i R są dzielnikiem napięciowym. W zależności od przeprowadzanego eksperymentu, źródłami sygnałów sterujących układ badany mogą być: generator sinusoidalny, generator impulsów prostokątnych lub regulowane źródło prądowe SA WE 1 WE 2ac WE 2dc WE V 11 US 10 R 1 6 A71-1V R 1 2,2k R 2 2,k R 3,7k WY osc 71 x1 x 0, R,7k Rys. 1. Schemat ideowy części stałej układu badanego. Przerywanymi liniami połączono pary zacisków, pomiędzy które można wmontować dodatkowe elementy. 2. OBSERWACJE I POMIARY 2.1 Wzmacniacz odwracający/nieodwracający Zaprojektować wzmacniacz (obliczyć wartości rezystorów) o wzmocnieniu równym jednej z wartości w tablicy 1. Rezystancja wejściowa zaprojektowanego wzmacniacza oraz układów badanych w p. 2.2, 2.3 nie może być mniejsza niż 2 k. Tablica 1. Wartości wzmocnienia k uf0 [V/V] Zespół Zakładając, że w układzie badanym wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego dla składowych stałych wynosi (A u0 ) k u0 = %, a częstotliwość bieguna dominującego f g3db = Hz 20%, należy oszacować górną częstotliwość graniczną f gf3db zaprojektowanego wzmacniacza. Zamontować na wkładce obliczone elementy, a następnie zmierzyć charakterystykę częstotliwościową k uf ( f ) (amplitudową i fazową) wzmacniacza w zakresie od 10 Hz do 2 MHz. Wykorzystać do tego celu generator sinusoidalny oraz oscyloskop cyfrowy z funkcjami pomiaru napięć ac, częstotliwości i fazy. Napięcie wyjściowe mierzyć na wyjściu 71 wkładki DA01A. Pomiary przeprowadzić dla dwóch wartości napięcia wyjściowego, tj. (i) napięcia o małej amplitudzie dobranej tak aby napięcie wyjściowe nie przekraczało 1 Vpp oraz (ii) napięcia o amplitudzie dobranej tak aby napięcie wyjściowe było maksymalnie duże, lecz nie zniekształcone. 1

2 W sprawozdaniu: a) zamieścić wyniki obliczeń projektowych oraz oszacowanie górnej cz. granicznej wzmacniacza, b) zamieścić zmierzone charakterystyki amplitudowe (na jednym wykresie) oraz podać wyznaczone na ich podstawie wartości k uf0 i f gf3db, c) porównać wartości zmierzonych częstotliwości granicznych z wartością obliczoną i wyjaśnić zaobserwowane różnice (w czasie którego pomiaru mogło wystąpić ograniczenie szybkości zmian napięcia wyjściowego). d) narysować zmierzoną i przewidywaną charakterystykę fazową układu. W obliczeniach wykorzystać wartość f gf3db wyznaczoną w p. b), 2.2 Pomiar odpowiedzi impulsowej wtórnika Zmierzyć oscyloskopem odpowiedź impulsową WO w układzie wtórnika napięciowego (skorzystaj z informacji zawartych w Dodatku - m.in. schemat pomiarowy). Pomiar przeprowadzić dla małej i dużej amplitudy sygnału wejściowego (fala prostokątna). W sprawozdaniu: a) zamieścić schemat układu pomiarowego oraz zaobserwowane przebiegi napięć b) wyznaczyć wartość parametru S R c) na podstawie parametrów (f gf3db ) wyznaczonych w p.1 zbuduj model dynamiczny wzmacniacza i wyznacz teoretyczną odpowiedź układu dla przypadku pobudzenia sygnałem o małej amplitudzie. Obliczoną krzywą porównaj z przebiegiem zmierzonym oscyloskopem (umieść na tym samym rysunku) b) odpowiedzieć na pytanie z jakich tranzystorów zbudowany jest stopień wejściowy wzmacniacza 71, c) zamieścić schemat wzmacniacza 71 i na jego podstawie wyprowadzić wzory określające wartości parametrów S R i f g3db. Porównać w tabeli wartości obliczone z danymi katalogowymi układu A 71 oraz z wartościami uzyskanymi z pomiarów. Wskazać możliwe przyczyny ewentualnych różnic. 2.3 Analogowe przetwarzanie sygnałów Zaproponować schemat ideowy oraz obliczyć wartości elementów dyskretnych, aby otrzymać jeden z niżej wymienionych układów: a) integrator, przetwarzający falę prostokątną o amplitudzie V, współczynniku wypełnienia około 0,2 i okresie równym 0, ms na napięcie trójkątne o wartości międzyszczytowej 2 V; b) sumator dwóch napięć spełniający zależność: U wy 0, U we1 3 U we2 ; c) przetwornik prąd - napięcie, spełniający zależność: U wy = I we dla I we (0, +10 ma); d) przetwornik prąd - napięcie, spełniający zależność: U wy = -00 I we dla I we (-20 ma, +20 ma); e) wzmacniacz o wzmocnieniu regulowanym płynnie w zakresie wartości od -1 do +1; f) przesuwnik fazy sygnału sinusoidalnego, o regulowanym płynnie przesunięciu fazy między napięciami na jego wejściu i wyjściu. Minimalny zakres regulacji od do 17. Częstotliwość sygnału 1 khz; g) wzmacniacz różnicowy o wzmocnieniu różnicowym wynoszącym 2. Każdy układ należy zaprojektować tak, aby był on realizowany za pomocą wkładki DA01A. Zmontować układ oraz sprawdzić, czy spełnia zadaną funkcję. Dla układu sumatora należy wykazać sumowanie napięć używając sygnałów o różnych kształtach (sinus, prostokąt) i tej samej częstotliwości pobranych z różnych wyjść generatora. 2

3 W sprawozdaniu zamieścić schemat zaprojektowanego układu oraz wyniki pomiarów ilustrujące jego działanie i właściwości. 2.. Kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej Zaproponować schemat ideowy oraz obliczyć wartości elementów dyskretnych wzmacniacza o asymptotycznej charakterystyce amplitudowej wybranej spośród zamieszczonych na rys. 2. Zmontować układ i zmierzyć jego charakterystykę k uf (f) - amplitudową i fazową. W sprawozdaniu narysować schemat zaprojektowanego układu. Na jednym rysunku wykreślić charakterystyki zmierzone i obliczone (asymptoty) oraz wyjaśnić ewentualne niezgodności. 3

4 Rys. 2. Asymptotyczne charakterystyki amplitudowe założenia do projektowania wzmacniaczy. Nachylenia odcinków charakterystyk wynoszą: 0 db/dek, +20 db/dek lub -20 db/dek.

5 DODATEK