Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Transkrypt

1 Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający. Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest praktyczne poznanie właściwości wzmacniaczy operacyjnych i ich podstawowych zastosowań. Zakres ćwiczenia obejmuje projektowanie oraz pomiary analogowych układów ze wzmacniaczami operacyjnymi.. Budowa układu. Na rys.a przedstawiono schemat układu, w którym możliwe jest realizowanie podstawowych zastosowań wzmacniaczy operacyjnych (wzmacniacz: odwracający, nieodwracający, różnicowy, całkujący, różniczkujący). ys.b przedstawia widok płytki drukowanej według schematu z rys.a. a) Z +VCC J Z +VCC US IN- 6 OUT IN+ TL6 -VCC J5 GND WE- J WE+ Z Z Z5 J WY -VCC C n C n C 7u C 7u J VCC b)

2 c) V CC TL 6 V CC regulacja offsetu wejście odwracające wejście nieodwracające V CC 5 regulacja offsetu 6 wyjście 7 +V CC 8 N.C. ys.. Układ podstawowych zastosowań wzmacniacza operacyjnego: a) schemat zastępczy układu, b) widok płytki z rozmieszczeniem elementów, c) wzmacniacz operacyjny TL6 wyprowadzenie pinów; kondensatory C-C służą odprzęganiu zasilania. Symbol Parametr Tab.. Podstawowe parametry wzmacniacza operacyjnego TL 6 Warunki pomiaru Wartości Min Typ Max V CC Napięcie zasilania ±8 V V I Maksymalne napięcie wejściowe ±5 V V IO Wejściowe napięcie niezrównoważenia U O = V 5 mv I IO Wejściowy prąd niezrównoważenia 5 pa K U óżnicowe wzmocnienie napięciowe L = kω, f = Hz Jedn. 5 V/V GB Pole wzmocnienia (gain bandwidth) L = kω MHz I ezystancja wejściowa Ω O ezystancja wyjściowa 6 Ω CM współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego 8 86 db S szybkość zmian napięcia wyjściowego V I = mv, L = kω, K u =.5,5 V/µs.. Wzmacniacz odwracający Na rys. przedstawiono układ wzmacniacza odwracającego realizowanego w strukturze układu z rys.. ys.. Wzmacniacz odwracający

3 Przy założeniu, że we wzmacniaczu operacyjnym K U, wzmocnienie napięciowe układu wzmacniacza odwracającego opisane jest zależnością: ezystancja wejściowa wzmacniacza odwracającego jest równa: WE K U =, () UWE =, () I natomiast rezystancja wyjściową w przybliżeniu można wyznaczyć z zależności: WE K U WY O, () KU ponieważ O przyjmuje niewielkie wartości (dziesiątki omów) a K U bardzo duże ( 5 ), rezystancja wyjściowa wzmacniacza odwracającego jest pomijalna i układ zachowuje się w przybliżeniu jak idealne sterowane źródło napięciowe. Górną częstotliwość układu wzmacniacza odwracającego można przybliżyć zgodnie z zależnością: f + g f p KU, () + gdzie: f p pierwszy biegun częstotliwości wzmacniacza operacyjnego (GB = f p K U pole wzmocnienia), Poprzez równoległe dołączenie kondensatora do rezystora, można zmieniać wartość górnej częstotliwości granicznej wzmacniacza odwracającego. Wówczas górna częstotliwość graniczna układu będzie w przybliżeniu równa: '. (5) π C f g.. Wzmacniacz nieodwracający Na rys. przedstawiono układ wzmacniacza odwracającego realizowanego w strukturze układu z rys.. ys.. Wzmacniacz nieodwracający

4 Przy założeniu, że we wzmacniaczu operacyjnym K U, wzmocnienie napięciowe układu wzmacniacza nieodwracającego opisane jest zależnością: K U + ezystancja wejściowa wzmacniacza nieodwracającego jest równa: natomiast rezystancja wyjściowa w przybliżeniu jest równa: =, (6) WE = I, (7) O WY. (8) KU Górną częstotliwość układu wzmacniacza nieodwracającego można przybliżyć zgodnie z zależnością (). Natomiast poprzez dodatkowy kondensator łączony równolegle do. można kształtować wartość tej częstotliwości zgodnie z zależnością (5).. Przygotowanie do zajęć... Materiały źródłowe [] Materiały Laboratorium i Wykładów Zespołu Układów Elektronicznych. [] U. Tietze, Ch. Schenk, Układy półprzewodnikowe, WNT, Warszawa, 996, s. -85, -5. [] P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki, WKiŁ, Warszawa,, s [] Z. Kulka, M. Nadachowski, Wzmacniacze operacyjne i ich zastosowania, cz., WNT, Warszawa, 98, s. 7-79, Pytania kontrolne. Omów podstawowe parametry idealnego wzmacniacza operacyjnego.. Wyjaśnij pojęcie masy pozornej?. W jaki sposób realizowane jest zasilanie symetryczne wzmacniacza operacyjnego?. Narysuj schemat i opisz zasadę działania układu wzmacniacza odwracającego. 5. Narysuj schemat i opisz zasadę działania układu wzmacniacza nieodwracającego. 6. Co to jest zakres liniowej pracy wzmacniacza? 7. Kiedy w układzie wzmacniacza nieodwracającego możliwe jest do uzyskanie wzmocnienie napięciowe równe? 8. Jakiego rodzaju sprzężenia zwrotne stosowne są w układach wzmacniacza odwracającego i nieodwracającego?. Przebieg ćwiczenia... Wzmacniacz odwracający Dla kilku zadanych wartości wzmocnienia napięciowego układu, należy:. Złożyć układ wzmacniacza odwracającego zgodnie z rys... Zasilić wzmacniacz operacyjny napięciem ± 5 V.. Do WE podłączyć zasilacz prądu stałego. ównolegle do wejścia i wyjścia układu podłączyć woltomierze.

5 . Zmierzyć charakterystykę liniowości U WY = f(u WE ). Pomiary przeprowadzić w zakresie napięć wejściowych od V do +V. Wyznaczyć zakres linowej pracy układu oraz wzmocnienie w tym zakresie. 5. Do WE podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego. ównolegle do wejścia i wyjścia układu podłączyć sondy oscyloskopu. 6. Zmieniając częstotliwość generowanego sygnału, wyznaczyć trzydecybelową górną częstotliwość graniczną wzmacniacza. 7. Podłączyć równolegle do rezystancji (pole Z na płytce rys.b) kondensator o dowolnej wartości pojemności (np. n) i przeprowadzić ponownie pomiary zgodnie z pkt.6... Wzmacniacz nieodwracający Dla kilku zadanych wartości wzmocnienia napięciowego układu, należy:. Złożyć układ wzmacniacza nieodwracającego zgodnie z rys... Zasilić wzmacniacz operacyjny napięciem ± 5 V.. Do WE+ podłączyć zasilacz prądu stałego oraz równolegle do wejścia i wyjścia układu woltomierze.. Zmierzyć charakterystykę liniowości U WY = f(u WE ). Pomiary przeprowadzić w zakresie napięć wejściowych od V do +V. Wyznaczyć zakres linowej pracy układu oraz wzmocnienie w tym zakresie. 5. Do WE+ podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego. ównolegle do wejścia i wyjścia układu podłączyć sondy oscyloskopu. 6. Zmieniając częstotliwość generowanego sygnału, wyznaczyć trzydecybelową górną częstotliwość graniczną wzmacniacza. 7. Podłączyć równolegle z rezystancją (pole Z na płytce rys.b) kondensator o dowolnej wartości pojemności (np. n) i przeprowadzić ponownie pomiary zgodnie z pkt Wnioski.. Wyznaczyć zakresy liniowej pracy wzmacniaczy. Omówić wpływ wzmocnienia K U na ten zakres.. Porównać uzyskane wyniki wzmocnienia i f g z wartościami obliczonymi ze wzorów.. Ocenić wpływ dodatkowego kondensatora w układzie. 5