A-6. Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody)

Transkrypt

1 A-6. Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody) I. Zakres ćwiczenia 1. Zastosowanie diod i wzmacniacza operacyjnego µa741 w następujących układach nieliniowych: a) generator funkcyjny b) wzmacniacz logarytmiczny c) miernik średniej częstości impulsów d) przetwornik prąd stały / prąd zmienny (AC/DC). Stabilizator napięcia z diodą Zenera projekt i badanie układu II. Generator funkcyjny 1. Dla WE = 0 diody są odcięte napięciem Rys. 1 Generator funkcyjny. R R + R' i nachylenie charakterystyki WY-WE wynosi R F. Jeśli jedna z diod zacznie przewodzić, to nachylenie wzrośnie dwukrotnie co wartości R bezwzględnej, bowiem dwy RF =. Zajdzie to w przypadku, gdy potencjał katody górnej diody dwe R R spadnie do zera, albo też gdy potencjał anody dolnej diody wzrośnie do zera, to jest gdy WE =. R R' Zakłada się tutaj idealną charakterystykę diod jako zaworów.. W ćwiczeniu należy: a) Wyznaczyć statyczną charakterystykę przejściową WY = f( WE ) dla danej wartości (np.10v) b) Określić punkty załamania charakterystyki, podać jej nachylenia c) Dla wejściowego sygnału sinusoidalnego i trójkątnego zaobserwować zniekształcenie przebiegu napięcia na wyjściu, spowodowane załamaniem charakterystyki. 1

2 III. Wzmacniacz logarytmiczny Rys. Wzmacniacz logarytmiczny. 1. Podstawą jest nieliniowa charakterystyka prądowo-napięciowa diody, tutaj spolaryzowanej w /T - WY /T kierunku przewodzenia i = I ( e 1) I e (dla >4 T ), gdzie: T = kt/q (w 0 C około 5mV) k stała Boltzmana T temperatura w [K] q ładunek elektronu Z drugiej strony i = WE /R, zatem WE 1 WE WY = T ln 60 log [mv]. W modelu R I RI ćwiczeniowym napięcie WY jest dodatkowo dziesięciokrotnie wzmacniane przez wzmacniacz nieodwracający.. Zadanie polega na: a) Wyznaczeniu charakterystyki WY = f( WE ) dla prądu stałego w przedziale zmienności WE pokrywającym co najmniej 3 dekady (np. 0 mv 0 V); napięcie wejściowe podać na wykresie w skali logarytmicznej b) Oszacowaniu dokładności logarytmowania i podaniu głównych źródeł ewentualnego dryfu. IV. Miernik średniej częstości impulsów (integrator) Rys. 3 Integrator 1. Jeśli amplituda impulsów prostokątnych jest stała i czas trwania impulsów dostateczny do naładowania kondensatora dozującego C d, to w każdym cyklu pracy pompy diodowej przekazywany jest do kondensatora całkującego C ten sam ładunek WE C d. Dla średniej częstości impulsów f średni prąd ładowania kondensatora C jest równy f WE Cd. Z drugiej strony kondensator rozładowuje się prądem WY /R i w stanie równowagi WY = WECdRf. Ładowanie C przez pompę diodową w

3 sposób nieciągły jest przyczyna fluktuacji WY ; w celu zmniejszenia tych fluktuacji należy przyjmować stałą czasową integratora τ = RC >> 1/ f. Dla rozkładu impulsów w czasie wg statystyki Poissona względny błąd wskazań wynosi 1 / fτ.. W ćwiczeniu należy: wycechować integrator dla dwóch wartości C d przy tej samej amplitudzie WE (np. 5V), określić w obu przypadkach czułość układu i zakres mierzonych częstości oraz podać dla zastosowanego generatora minimalną szerokość impulsów wejściowych gwarantującą poprawną pracę układu. V. Przetwornik AC/DC Rys Przetwornik składa się dokładnego prostownika dwupołówkowego i filtru dolnoprzepustowego o stałej czasowej τ = R C F F. Pierwszy układ realizuje funkcję = 1, bowiem: a) dla > 1 0 układ jest inwerterem i = 1; mianowicie dioda D jest odcięta, punkty A i B mają potencjał zerowy i przez R/ prąd nie płynie b) dla < 1 0 dioda D 1 jest odcięta, pierwszy wzmacniacz jest inwerterem i przez R/ płynie prąd 1 / R ; prąd ten rozdziela się w punkcie B tak, że jego połowa płynie przez rezystor sprzężenia zwrotnego drugiego wzmacniacza, a zatem = 1.. Należy: a) wyznaczyć charakterystykę statyczną prostownika = f( 1 ) i określić jej nachylenia b) zaobserwować przebiegi i 3 dla sygnału sinusoidalnego przy częstotliwościach f = 1/ 1 τ i f = 10 / τ. VI. Stabilizator z diodą Zenera Rys. 5 3

4 1. Zaprojektować i zbadać stabilizator parametryczny z diodą BZP68304V7 dla prądu obciążenia 0 5 ma i napięcia wejściowego 0V ± 10%. Obliczyć i zmierzyć współczynnik stabilizacji napięcia S WE WY = dla biegu jałowego oraz WY WE rezystancję wyjściową stabilizatora; zmierzyć charakterystyki WY = f( WE ) dla biegu jałowego oraz WY = f(i WY ) dla WE = 0V. LITERATRA Parametry diody Zenera BZP68304V7 napięcie stabilizacji, V 4,4 5,0 minimalny prąd diody, ma 5 maksymalna moc całkowita, W 0,4 rezystancja dynamiczna (dla 5mA), Ω 90 Tietze.,Schenk CH., kłady półprzewodnikowe. Kulka Z., Nadachowski M., Liniowe układy scalone i ich zastosowanie. Marciniak W., Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone. Polowczyk M., Elementy i przyrządy półprzewodnikowe. 4

5 5