ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

Transkrypt

1 ĆWICZENIE LABORATORYJNE TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów wzmacniacza operacyjnego

2 1. WPROWADZENIE Przedmiotem ćwiczenia jest zapoznanie się ze wzmacniaczem różnicowym, który stanowi podstawowy element wzmacniacza operacyjnego oraz określenie wybranych parametrów wzmacniacza operacyjnego. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z następującymi parametrami: wzmocnienie różnicowe wzmacniacza; wzmocnienie sumacyjne; współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMMR); rezystancja wejściowa wzmacniacza; rezystancja wyjściowa wzmacniacza; szybkość narastania napięcia wyjściowego (SR); wejściowe napięcie niezrównoważenia; pasmo wzmacniacza. 2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE W celu należytego przygotowania się do ćwiczenia należy przestudiować zagadnienia z następujących pozycji literaturowych: 1. Jeżykowski R., Kawałkiewicz P., Majewski J. Układy elektroniczne WAT 1984, S str Watson J. Elektronika WKiŁ 1999, Syg , str Tietze U., Schenk Ch., Układy półprzewodnikowe Wyd. III, WNT 1996, Syg , str , Horowitz P., Hill W., Sztuka elektroniki cz. 1, Wyd. IV, WKiŁ 1997, Syg , str i PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE 1. Omówić budowę wzmacniacza różnicowego. 2. Omówić zasadę pracy wzmacniacza różnicowego. 3. Podać określenie współczynnik tłumienia sygnału wspólnego. 4. Omówić teoretyczne parametry wzmacniacza operacyjnego. 5. Omówić metodę pomiaru rezystancji wejściowej wzmacniacza operacyjnego wykorzystywaną w ćwiczeniu laboratoryjnym. 6. Podać określenie szybkości narastania napięcia wyjściowego. 7. Narysować schemat i omówić zasady kompensacji wejściowego napięcia niezrównoważenia Uwaga! Zauważone błędy lub inne uwagi dotyczące instrukcji i ćwiczenia proszę kierować do Wojciecha Pary tel lub wpara@wat.edu.pl

3 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA A. Badanie wzmacniacza różnicowego wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok c połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys V IN OUT1 R1 1 C µ F VR1 R1 2 A C B Q R1 4 Q R1 5 3, 3 kω 12V R1 3 R1 6 OUT2 Rys. 1. Schemat układu do badania wzmacniacza różnicowego podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN) i oscyloskop do jego wyjść (OTP1 i OTP2); ustawić suwak potencjometru VR1 tak aby rezystancja między punktami B i C była największa (1 =2 ); ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1khz; regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalne niezniekształcone sygnały wyjściowe; przerysować oscylogramy sygnałów wyjściowych i wejściowych; wykorzystując potencjometr VR1 ustawić 2 =1/2 1 oraz 2 =0; dla powyższych sytuacji przerysować oscylogramy przebiegów wejściowych i wyjściowych. na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe różnicowe K r i sumacyjne K s, oraz współczynnik CMMR. B. Pomiar rezystancji wejściowej R wej wzmacniacza operacyjnego wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2. VR3 C A R kω B R2 2 Rys. 2. Schemat układu do pomiaru rezystancji wejściowej R wej wzmacniacza operacyjnego

4 ustawić VR3 na minimum (punkt B i C są zwarte ); ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe o częstotliwości f=1khz; do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop i tak dobrać amplitudę sygnału wejściowego aby uzyskać nie zniekształcony przebieg na wyjściu; zanotować wartość amplitudy sygnału wyjściowego; za pomocą rezystora VR3 ustawić połowę amplitudy sygnału na wyjściu; wyłączyć zasilanie; wykorzystując omomierz zmierzyć wartość rezystora VR3 między punktami B i C; zanotować wartość rezystancji R wej. C. Pomiar rezystancji wyjściowej R wyj wzmacniacza operacyjnego wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 3. R2 2 R kω VR1 SW1 A R Ω Rys. 3. Schemat układu do pomiaru rezystancji R wyj wzmacniacza operacyjnego ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe o częstotliwości f=1khz; ustawić przełącznik SW1 w położenie wył ; do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop i tak dobrać amplitudę sygnału wejściowego aby uzyskać nie zniekształcony przebieg na wyjściu; zanotować wartość napięcia wyjściowego ; ustawić przełącznik SW1 w położenie wł ; za pomocą rezystora VR1 ustawić połowę wartości napięcia wyjściowego ; wyłączyć zasilanie; wykorzystując omomierz zmierzyć wartość rezystancji między punktem A i masą; zanotować wartość rezystancji R wej w tabeli 1; procedurę pomiaru powtórzyć dla częstotliwości f=100hz, 10kHz i 50kHz; wyniki zanotować w tabeli 1. Tabela 1 f [khz] 0, R wyj [kω] D. Pomiar szybkości narastania napięcia wyjściowego SR (slew rate) wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 4.

5 R1 9 R2 3 Rys. 4. Schemat układu do pomiaru szybkości narastania napięcia wyjściowego przyłączyć do wejścia wzmacniacza generator fali prostokątnej o częstotliwości f=1khz; do wyjścia wzmacniacza przyłączyć oscyloskop; zmieniać częstotliwość napięcia wejściowego i obserwować na oscyloskopie sygnał wyjściowy; dla kilku częstotliwości przerysować oscylogramy napięcia wyjściowego. na podstawie przerysowanych oscylogramów obliczyć współczynnik narastania napięcia wyjściowego SR korzystając z następującej zależności: gdzie: U amplituda impulsu; tr czas narastania. SR= U t r E. Określenie szerokości pasma wzmacniacza operacyjnego wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 5. R2 2 R1 9 R2 1 Rys. 5. Schemat układu do pomiaru szybkości narastania napięcia wyjściowego ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe o amplitudzie = 50 mv; do wyjścia wzmacniacza przyłączyć oscyloskop; zmieniając częstotliwość napięcia wejściowego f od 30Hz do 30kHz, zmierzyć amplitudę napięcia wyjściowego ; wyniki zanotować w tabeli 2. Tabela 2 f [Hz] [V] K u [V/V] K udb [db]

6 obliczyć wzmocnienie wzmacniacza K u i K udb ; wykreślić charakterystykę K udb =F(f); wyznaczyć pasmo wzmacniacza na poziomie 3dB. F. Pomiar wejściowego napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza odwracającego wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 6. R kω IN3 R2 0 VR3 R1 7 VR2 Rys. 6. Schemat układu do ustalenia napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza odwracającego połączyć wejście wzmacniacza IN3 z masą układu; do wyjścia wzmacniacza podłączyć woltomierz napięcia stałego; zmierzyć wartość napięcia wyjściowego; jeśli napięcie wyjściowe nie równa się zeru to należy: * ustawić maksymalną wartość rezystancji VR2; * ustawić napięcie na wyjściu równe zero poprzez regulację rezystorem VR3; zmierzyć wartość napięcia w punkcie B rezystora VR3. obliczyć napięcie niezrównoważenia wykorzystując wartości rezystorów R17 i VR2. G. Pomiar wejściowego napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza nieodwracającego wykorzystując moduł pomiarowy KL23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 7. R1 7 VR3 VR2 R2 0 Rys. 7. Schemat układu do regulacji napięcia niezrównoważeni dla wzmacniacza odwracającego połączyć wejście wzmacniacza IN2 z masą układu poprzez rezystor R21; do wyjścia wzmacniacza podłączyć woltomierz napięcia stałego; zmierzyć wartość napięcia wyjściowego; jeśli napięcie wyjściowe nie równa się zeru to należy: * ustawić maksymalną wartość rezystancji VR2; * ustawić napięcie na wyjściu równe zero poprzez regulację rezystorem VR3; R kω R2 1

7 zmierzyć wartość napięcia w punkcie B rezystora VR3. obliczyć napięcie niezrównoważenia wykorzystując wartości rezystorów R17 i VR2. 5. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA Sprawozdanie powinno zawierać: krótki opis ćwiczenia; schematy ideowe układów pomiarowych; wyniki pomiarów; zdjęte oscylogramy i sporządzone wykresy; protokół pomiarowy podpisany przez prowadzącego ćwiczenie; przykładowe obliczenia; wnioski.