A-3. Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Transkrypt

1 A-3. Wzmacniacze operacyjne w kładach liniowych I. Zakres ćwiczenia wyznaczenia charakterystyk amplitdowych i częstotliwościowych oraz parametrów czasowych:. wtórnika napięcia. wzmacniacza nieodwracającego 3. wzmacniacza odwracającego 4. kład całkjącego 5. kład różniczkjącego II. Idealny wzmacniacz operacyjny. Zakłada się następjące idealne własności: a) wzmocnienie napięciowe A b) rezystancja wejściowa we c) rezystancja wyjściowa wy d) pasmo częstotliwości od do. Na wejści wzmacniacza (rys. ), występją zaciski N --- odwracający i P --- nieodwracający; nie obierają one prąd i ich potencjały są równe (przyłączone do masy jednego oznacza pojawienie się "masy pozornej" na drgim); wzmacniacz jest czły na sygnał różnicowy i nie reagje na sygnał wspólny oraz nie wykazje dryf parametrów. wy wy s = N P = A ys. 3. Z zasady wzmacniacz operacyjny przeznaczony jest do zastosowań w kładach z jemnym sprzężeniem zwrotnym; w przypadk idealnym własności tych kładów zależą wyłącznie od elementów w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza, to jest od elementów zewnętrznych. III. Główne parametry A74 wzmocnienie w kładzie otwartym V/V min. * 4 prąd polaryzacji/niezrównoważenia A max.,5 /, napięcie niezrównoważenia mv max. 5 rezystancja wejściowa MΩ typ. tłmienie sygnał wspólnego db min. 7 napięcie wejściowe/różnicowe V --- ± 5 / ± 3 częstotliwość graniczna V/V MHz typ. narastanie odpowiedzi na skok napięcia przy V/V s typ.,3 prędkość zmian napięcia wyjściowego V/s typ.,3 zasilanie V typ. ± 5 pobór mocy mv typ. 5 skok napięcia wyjściowego V max. ± 4

2 IV. wagi. kład jest zasilany jak na rysnk ; wewnętrzny kład kompensacji napięcia niezrównoważenia nie jest wykorzystywany. Wzmacniacz jest skompensowany częstotliwościowo i bezwzględnie stabilny. ys.. kłady są badane przy zastosowani: a) reglowanego źródła napięcia stałego do wyznaczania charakterystyk przejściowych b) generatora sinsoidalnego w cel wyznaczenia charakterystyk częstotliwościowych c) generatora przebieg prostokątnego i trójkątnego w cel zaobserwowania odpowiedzi na skok jednostkowy i napięcie narastające liniowo. 3. Wielkości zmierzone należy porównać z wyliczonymi teoretycznie na podstawie schematów lb z zamieszczonymi w pnkcie III parametrami. 4. Charakterystyki częstotliwościowe rysować w typowym kładzie: wzmocnienie w db, częstotliwość w skali logarytmicznej. V. Literatra:. KLKA Z., NADACHOWSKI M.: Liniowe kłady scalone i ich zastosowanie.. TIETZE., SCHENK Ch.: kłady półprzewodnikowe. VI. Program. Dla wtórnika napięcia (rys. 3) przewidzianego do współpracy ze źródłem napięcia o rezystancji 5 Ω N P k = ys. 3

3 a) wyznaczyć = f( ) napięcia stałego; znaleźć nachylenie k_ (tj. wzmocnienie częstotliwości f=) b) znaleźć odpowiedź na skok napięcia sygnał małego (podać czas narastania) i sygnał dżego (podać szybkość zmian napięcia) c) wyznaczyć charakterystykę częstotliwościową k = f(f) małego sygnał, podać częstotliwość graniczną. Dla wzmacniacza nieodwracającego k = N = + + ys. 4 a) wyznaczyć = f( ) prąd stałego; określić z wykres k b) wyznaczyć k = f(f); określić częstotliwość graniczną 3. Dla wzmacniacza odwracającego (rys.5) = = ys. 5 a) wyznaczyć = f( ) i wzmocnienie prąd stałego b) zbadać reakcję na skok napięcia. kład sterować przez wtórnik, aby rezystancja wewnętrzna źródła sygnał nie wpływała na wzmocnienie. 3

4 4. Na rysnk 6 przedstawiony jest idealny kład całkjący (integrator) w konfigracji odwracającej. d = C dt = C dt = const ( parametr początkowy ) K = jωc = sinωt = cosωt ωc = = const = t C ys. 6 Charakterystyka częstotliwościowa pokazje silną preferencję częstotliwości niskich. A zatem, jeśli sygnał wejściowy będzie miał niezerową wartość średnią spowodowaną np. pełzaniem linii zerowej, to składowa stała napięcia wyjściowego będzie dryfować w kiernk nasycenia. W cel przeciwdziałania tem dryfowi dodano jemne stałoprądowe sprzężenie zwrotne (rezystor rys. 7), co wnosi częstotliwość graniczną /π 6 C. ys. 7 Dla kład z rysnk 7: a) wyznaczyć charakterystykę częstotliwościową określić częstotliwość graniczną i nachylenie w db na dekadę b) zbadać reakcję kład na sygnał prostokątny i trójkątny o częstotliwości znacznie większej i znacznie mniejszej os granicznej. c) zaobserwować i skomentować ograniczenia całkowania (amplitdowe i częstotliwościowe). 4

5 5. Idealny kład różniczkjący przedstawiony jest na rysnk 8. Jego wzmocnienie rosnące z częstotliwością w sposób nieograniczony grozi niekorzystnym kształtowaniem się stosnk sygnał do szm i zakłóceniami zakłóceniami wysokoczęstotliwościowymi. d C = dt d = C dt parametr = const ( ) początkowy K = jωc = sinωt = = t C = ωc cosωt ys. 8 W cel ograniczenia wzmocnienia wyższych częstotliwości dodano rezystor 3 (częstotliwość graniczna /π 3 C ); niezbędne jest sterowanie z wtórnika napięcia, aby rezystancja źródła sygnał była mała w stosnk do 3 (rys. 9). Górna częstotliwość graniczna wynika z własności wzmacniacza. ys. 9 Dla tak zmodyfikowanego kład różniczkjącego: a) wyznaczyć k=f(f); określić częstotliwość graniczną i nachylenie charakterystyki b) podać reakcję kład na sygnał trójkątny o częstotliwości znacznie mniejszej niż graniczna dolna. 5

6 6