Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Transkrypt

1 Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego, oraz zapoznanie się z metodami wyznaczania charakterystyk częstotliwościowych. 2. Wykaz przyrządów: generator przebiegu sinusoidalnego zasilacz programowalny oscyloskop 2-kanałowy z pamięcią, komputer z kartą pomiarowo-sterującą, płytka montażowa ze wzmacniaczem operacyjnym oraz elementami R i C. 3. Przedmiot badań Wzmacniacz operacyjny pracujący w układzie: o odwracającym o nieodwracającym o różniczkującym o całkującym 4. Wprowadzenie Charakterystyka amplitudowo - częstotliwościowa wzmacniacza operacyjnego jest to zależność wzmocnienia napięciowego tego wzmacniacza w funkcji częstotliwości sygnału wejściowego, przy niezmiennej amplitudzie sygnału wejściowego (. 1

2 Ze względu na pomiar w szerokim zakresie częstotliwości oś częstotliwości przedstawiana jest w podziałce logarytmicznej. Wzmocnienie na osi pionowej przedstawia się w decybelach. W ten sposób możliwe jest porównywanie układów znacznie różniących się wzmocnieniem oraz określenie pasma przenoszenia wzmacniacza. Opisuje ono, w jakim zakresie częstotliwości wzmocnienie układu nie jest zależne od częstotliwości, czyli wzmocnienie napięciowe wzmacniacza nie zmienia się wtedy o wartość większą niż 3dB w skali logarytmicznej. Częstotliwości, dla których wzmocnienie jest o 3 db mniejsze od wzmocnienia są to częstotliwości graniczne: górna ( i dolna ( ). Różnicę pomiędzy częstotliwościami i definiujemy jako szerokość pasma przenoszenia. Rys. 1 - Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza W środkowej części charakterystyki wzmocnienie praktycznie nie zależy od częstotliwości. W tym przedziale zmian częstotliwości, nazywanym zwyczajowo zakresem średnich częstotliwości, można traktować wzmacniacz jako układ bez ograniczeń częstotliwościowych. Poniżej częstotliwości i powyżej ujawniają się efekty związane z dynamiką układu wzmacniacza (działanie różniczkujące lub całkujące). Charakterystyka fazowo - częstotliwościowa reprezentuje przesunięcie fazowe między sygnałem wyjściowym a wejściowym dla danej częstotliwości. 2

3 4.1 Wzmacniacz odwracający Rys. 2 - Schemat układu wzmacniacza odwracającego Transmitancja operatorowa wzmacniacza odwracającego: 4.2 Wzmacniacz nieodwracający Rys. 3 - Schemat układu wzmacniacza nieodwracającego Transmitancja operatorowa wzmacniacza nieodwracającego: 3

4 4.3 Wzmacniacz całkujący Rys. 4 - Schemat układu wzmacniacza całkującego Transmitancja operatorowa wzmacniacza całkującego jest dana zależnością: Wzmocnienie tego układu zmienia się wraz ze zmianą częstotliwości sygnału wejściowego. 4.4 Wzmacniacz różniczkujący Rys. 5 - Schemat układu wzmacniacza różniczkującego Transmitancja operatorowa wzmacniacza różniczkującego jest dane zależnością: Wzmocnienie tego układu zmienia się wraz ze zmianą częstotliwości sygnału wejściowego. 4

5 5. Przebieg ćwiczenia Napięcia zasilające wzmacniacz: V, V (względem masy) Przed włączeniem zasilania należy skonsultować z prowadzącym zajęcia poprawność podłączenia układu! 5.1 Wyznaczanie charakterystyki amplitudowo - częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego Wyznaczyć charakterystykę dla wzmacniacza pracującego w układzie: o Odwracającym o Nieodwracającym Charakterystykę należy wyznaczyć dla trzech różnych wartości początkowych wzmocnienia napięciowego dla każdego układu wzmacniacza. o Dobrać trzy różne zestawy rezystorów konfigurujących układ wzmacniacza o Wartości rezystorów dobrać tak, aby możliwe było wyznaczenie charakterystyki, dla co najmniej trzech dekad częstotliwości Sposób przeprowadzenia pomiaru: o Na wejście układu podać z generatora sygnał sinusoidalny o Dobrać amplitudę napięcia wejściowego tak, aby wzmacniacz nie zniekształcał sygnału wyjściowego o Podczas całego pomiaru zwrócić uwagę, aby amplituda napięcia wejściowego była stała o Zmieniać częstotliwość sygnału w zakresie od 10 Hz do 10 KHz; w obranych punktach odczytać wartość napięcia wyjściowego o Dla każdej zmierzonej wartości i obliczyć wzmocnienie (w db) Wykreślić zależność o Wyznaczyć częstotliwość graniczną ograniczającą pasmo przenoszenia o Określić szerokość pasma przenoszenia wzmacniacza operacyjnego o Oś częstotliwości wykreślić w skali logarytmicznej 5

6 5.2 Przeprowadzić pomiary dla wzmacniaczy pracujących w układzie różniczkującym i całkującym (dobrać zestawy rezystorów i kondensatorów) Rys. 6 - Przykład siatki do wykreślenia zależności, częstotliwość w skali logarytmicznej Rys. 7 - Schemat układu pomiarowego dla wzmacniacza pracującego jako wzmacniacz odwracający 6. Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy przygotować sprawozdanie, które powinno zawierać: schematy układów zrealizowanych na zajęciach, obliczenia dotyczące doboru rezystorów, tabelę z wynikami pomiarów, obliczenia potrzebne do wykreślenia charakterystyk oraz wykreślone charakterystyki częstotliwościowe. We wnioskach określić m. in. jak dobór wzmocnienia wpływa na kształt charakterystyki. 6