Badanie wzmacniacza operacyjnego

Transkrypt

1 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. OGLĘDZINY 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. Wzmacniacz zasilamy z zasilacza dwusekcyjnego ustawionego w tryb pracy szeregowej. Ustawić pokrętła Z 1 w pozycji 2 a Z 2 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 dostosowanym do wzmocnienia oraz punktu pracy wzmacniacza. Pomiary powtórzyć dla innych nastaw wartości Z 1, Z 2 podanych przez prowadzącego. Wyniki pomiaru zapisać w tabeli 1. UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V. UWAGA: Napięcie zasilające wzmacniacz operacyjny większe niż ± 18V zazwyczaj powoduje jego uszkodzenie. Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania wzmacniacza operacyjnego w układzie odwracającym 1

2 Tabela 1. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie odwracającym Z 1-2 U We1 [V] -12,0-11, ,0 12,0 Z 2-3 Z U We1 [V] -12,0-11, ,0 12,0 Z 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 Z 1 w pozycji 2 a Z 2 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 dostosowanym do wzmocnienia oraz punktu pracy wzmacniacza. Pomiary powtórzyć dla innych nastaw wartości Z 1, Z 2 podanych przez prowadzącego. Wyniki pomiaru zapisać w Tabeli 2. UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V1, V2 20V. Rys.2. Schemat układu pomiarowego do badania wzmacniacza operacyjnego w układzie nieodwracającym Tabela 2. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie nieodwracającym Z 1-2 U We1 [V] -12,0-11, ,0 12,0 Z 2-3 2

3 Z U We1 [V] -12,0-11, ,0 12,0 Z Pomiary charakterystyk przejściowych i parametrów wzmacniacza w układzie nieodwracającym wtórnik 4.1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza w układzie nieodwracającym -wtórnika Ustawić pokrętła Z 1, R 3, R L w pozycji a Z 2 w położeniu 1 w układzie z rysunku 2. Zmienić wartość napięcia podawanego na wejście We2 od wartości około 12V do +12V za pomocą potencjometru P1. Napięcie wejściowe zmieniać z krokiem około 3V. Wyniki pomiaru zapisać w Tabeli 3. UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V 1, V 2 20V. Tabela 3. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie nieodwracającym - wtórnik Z 1 - U We1 [V] -12,0-9, ,0 12,0 Z Komparator 5.1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej komparatora bez histerezy Dokonać połączenia układu zgodnie z rysunkiem 3. Ustawić pokrętła Z 2, R 3, R L w pozycji a Z 1 w położeniu 2. Wejście We2 połączyć z + wejściem wzmacniacza poprzez rezystor Rs1. Pomiędzy We2 a masę układu ( ) doprowadzić napięcie Udc1 wykorzystując zewnętrzny układ potencjometryczny zasilany napięciem 5V. Napięcie z potencjometru wewnętrznego P1 doprowadzić do wejścia We1. Napięcie wejściowe Udc1 ustawiać z przedziału 0.5V 2V. 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. Wyniki pomiarów zapisać w Tabeli 4. UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V 1, V 2 20V. Tabela 4. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej komparatora bez histerezy U we1 [V] U we2 [V] U wy [V]

4 Rys.3. Schemat układu pomiarowego do badania komparatora bez histerezy 5.2. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI PRZEJŚCIOWEJ KOMPERATORA Z HISTEREZĄ W układzie pomiarowym z rys. 3 pokrętło R 3 ustawić w położenie 1. Napięcie wejściowe Udc1 ustawiać z przedziału 0.5V 2V. 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. Pomiary wykonywać w obie strony tzn. od -12V do +12V a następnie od +12V do -12V. Pomiary powtórzyć dla pozycji 3 i 5 pokrętła R 3. 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 5. UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze V 1, V 2 20V. Tabela 5. Wyznaczanie charakterystyki przejściowej komparatora z histerezą U we1 [V] U we2 [V] U wy [V] OBLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW WZMACNIACZA OPERACYJNEGO 6.1 Obliczanie wzmocnienia napięciowego wzmacniacza odwracającego 4

5 Wzmocnienie teoretyczne wzmacniacza operacyjnego odwracającego obliczamy z zależności: k u Z2 =. Z 1 Rzeczywiste wzmocnienie układu obliczamy na podstawie wyników z Tabeli 1 ze wzoru: U WY k u = U WE Obliczanie wzmocnienia napięciowego wzmacniacza nieodwracającego Wzmocnienie teoretyczne wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego obliczamy z zależności: Z 2 k u = 1+. Z Rzeczywiste wzmocnienie układu obliczamy na podstawie wyników z Tabeli 2 ze wzoru: UWY k u = U 1 WE2 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 R WE, o rezystancja wyjściowa R WY, o teoretyczne i rzeczywiste wzmocnienie napięciowe ku. b) charakterystyki przejściowe wzmacniacza operacyjnego odwracającego: o U WY = f(u WE1 ), 5

6 o k u = f(u WE1 ), o k u = f(f) w skali logarytmicznej. c) obliczenia parametrów wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego: o rezystancja wejściowa R WE, o rezystancja wyjściowa R WY, o teoretyczne i rzeczywiste wzmocnienie napięciowe ku. d) charakterystyki przejściowe wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego i wtórnika: o U WY = f(u WE1 ), o k u = f(u WE1 ), o k u = f(f) w skali logarytmicznej. e) charakterystyki przejściowe komparatora bez histerezy: o U WY = f (U WE1 ), o U WY = f (U WE2 ). f) charakterystyki przejściowe komparatora z histerezą: o U WY = f (U WE1 ), o U WY = f (U WE2 ). 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. 6

7 Tabela oporów i pojemności Z 1 Z 2 R 3 R L Pozycja Wartość Pozycja Wartość Pozycja Wartość Pozycja Wartość 1 5 kω 1 0 Ω 1 20 Ω 1 2 Ω 2 10 kω 2 10 kω 2 50 kω 2 5 kω 3 15 kω 3 20 kω kω 3 10 kω 4 20 kω 4 50 kω kω 4 20 kω 5 25 kω kω kω 6 30 kω kω 6 1 MΩ Ω kω Ω 8 1 MΩ Ω Ω C1 0.1 µf C1 0.1 µf C2 1.0 µf C2 1.0 µf C3 10 µf C3 10 µf R s1 R s2 R s3 10 kω 300 kω 10 MΩ Literatura 1. Nadachowski M., Kulka Z.: Scalone układy analogowe, WKiŁ, Warszawa 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 Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki Cz. I, WKiŁ, Warszawa 2003, 7