A6: Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody)

Podobne dokumenty
A-6. Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody)

CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zastosowaniem diod i wzmacniacza operacyjnego

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Ćwiczenie A2 : Filtry bierne

Wzmacniacze operacyjne

Ćwiczenie A7 : Tranzystor unipolarny JFET i jego zastosowania

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT FIZYKI. Temperaturowa zależność statycznych i dynamicznych charakterystyk złącza p-n

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

Politechnika Białostocka

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

A-2. Filtry bierne. wersja

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Tranzystor bipolarny LABORATORIUM 5 i 6

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Charakterystyka amplitudowa i fazowa filtru aktywnego

Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych

Wzmacniacz operacyjny

Laboratorum 2 Badanie filtru dolnoprzepustowego P O P R A W A

1 Filtr górnoprzepustowy (różniczkujący) jest to czwórnik bierny CR. Jego schemat przedstawia poniższy rysunek:

Laboratorum 4 Dioda półprzewodnikowa

Ćw. III. Dioda Zenera

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

Ryszard Kostecki. Badanie własności filtru rezonansowego, dolnoprzepustowego i górnoprzepustowego

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Badanie układów aktywnych część II

Technik elektronik 311[07] Zadanie praktyczne

BADANIE SZEREGOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 4

WZMACNIACZE OPERACYJNE

LABORATORIUM ELEKTRONICZNYCH UKŁADÓW POMIAROWYCH I WYKONAWCZYCH. Badanie detektorów szczytowych

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych Laboratorium 1

A4: Filtry aktywne rzędu II i IV

DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Data wykonania: Data oddania: Zwrot do poprawy: Data oddania: Data zliczenia: OCENA

Ćwiczenie 4: Pomiar parametrów i charakterystyk wzmacniacza mocy małej częstotliwości REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

Imię i nazwisko (e mail): Rok: 2018/2019 Grupa: Ćw. 5: Pomiar parametrów sygnałów napięciowych Zaliczenie: Podpis prowadzącego: Uwagi:

Laboratorium Podstaw Pomiarów

1 Układy wzmacniaczy operacyjnych

1 Wprowadzenie. WFiIS

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Temat: Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

PROFESJONALNY MULTIMETR CYFROWY ESCORT-99 DANE TECHNICZNE ELEKTRYCZNE

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

Ćwiczenie nr 11. Projektowanie sekcji bikwadratowej filtrów aktywnych

Badanie własności diód krzemowej, germanowej, oraz diody Zenera

Liniowe układy scalone

Imię i nazwisko (e mail): Rok:. (2010/2011) Grupa: Ćw. 5: Pomiar parametrów sygnałów napięciowych Zaliczenie: Podpis prowadzącego: Uwagi:

Politechnika Białostocka

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

Pomiar charakterystyk statycznych tranzystora JFET oraz badanie własności sterowanego dzielnika napięcia.

Ćwiczenie 5. Pomiary parametrów sygnałów napięciowych. Program ćwiczenia:

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Elektronika. Wzmacniacz operacyjny

Modulatory PWM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

Przyrządy i Układy Półprzewodnikowe

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

Detektor Fazowy. Marcin Polkowski 23 stycznia 2008

ZASTOSOWANIA WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych

Laboratorium KOMPUTEROWE PROJEKTOWANIE UKŁADÓW

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

A-5. Generatory impulsów prostokatnych, trójkatnych i sinusoidalnych

1. Opis płyty czołowej multimetru METEX MS Uniwersalne zestawy laboratoryjne typu MS-9140, MS-9150, MS-9160 firmy METEX

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO. Instrukcja wykonawcza

Ćwiczenie nr 6 Charakterystyki częstotliwościowe

Ćwiczenie 4 Badanie ładowania i rozładowania kondensatora

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

WOLTOMIERZ CYFROWY. Metoda czasowa prosta. gdzie: stała całkowania integratora. stąd: Ponieważ z. int

Projekt z Układów Elektronicznych 1

4.2 Analiza fourierowska(f1)

Tranzystor bipolarny

Liniowe układy scalone

Czujniki i Przetworniki

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Systemy i architektura komputerów

ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

MULTIMETR CYFROWY TES 2360 #02970 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Zapoznanie z przyrządami stanowiska laboratoryjnego. 1. Zapoznanie się z oscyloskopem HAMEG-303.

Pracownia pomiarów i sterowania Ćwiczenie 3 Proste przyrządy elektroniczne

Sprawozdanie z ćwiczenia na temat. Badanie dokładności multimetru cyfrowego dla funkcji pomiaru napięcia zmiennego

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie charakterystyk częstotliwościowych podstawowych członów dynamicznych realizowanych za pomocą wzmacniacza operacyjnego

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

Filtry. Przemysław Barański. 7 października 2012

Ćwiczenie A1 : Linia długa

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

IV. Wyznaczenie parametrów ogniwa słonecznego

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Transkrypt:

A6: Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody) Jacek Grela, Radosław Strzałka 17 maja 9 1 Wstęp Poniżej zamieszczamy podstawowe wzory i definicje, których używaliśmy w obliczeniach: 1. Charakterystyka prądowo-napięciowa dla diody półprzewodnikowej ) I = I s (e U/U T 1, (1) gdzie: U T - napięcie termiczne ( 6 [mv ]); I s - prąd nasycenia złącza półprzewodnikowego. Dioda spolaryzowana w kierunku przewodzenia: U =. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza logarytmicznego. Prąd I płynący przez diodę jest równy prądowi płynącemu przez opornik Uin R = U T ( ) Uin ln I s R + 1 =, 3 U T log 3. Generator funkcyjny - punkty załamania ( ( R ) ( R )) U z = ±.7 R + 1 + U R 4. Generator funkcyjny - nachylenia charakterystyki przejściowej ˆ Diody odcięte d du in ˆ Jedna z diod przewodzi (zawór jest otwarty) = R F R = 1 ( Uin I s R + 1. Zatem charakterystyka: ) () (3) (4) d du in = R F R R = R F = 1 (5) 1/R 5. Stan równowagi dla miernika średniej częstości impulsów = U in C d R f, (6) gdzie: C d - pojemność kondensatora dozującego; f - średnia częstośc impulsów (w naszym przypadku jest to po prostu częstość f impulsów podawanych z generatora). 6. Warunek minimalnej szerokości impulsów f >> 1 τ = 1 RC 7. Prostownik dwupołówkowy U = U 1 - nachylenia charakterystyk przejściowych Prostownik w roli inwertera (dla U 1 >, dioda D - odcięta) (7) U = U 1 (8) Przypadek U 1 < (dioda D1 - odcięta) 8. Stała czasowa filtru dolnoprzepustowego U = U 1 (9) τ = R F C F (1) 1

Wyniki pomiarów i opracowanie W trakcie ćwiczenia zbadaliśmy następujące układy wykorzystujące diody i wzmacniacz operacyjny µa741: ˆ generator funkcyjny ˆ wzmacniacz logarytmiczny ˆ miernik średniej częstości impulsów (integrator) ˆ przetwornik AC/DC.1 Generator funkcyjny.1.1 Charakterystyka przejściowa Podawaliśmy sygnał U in z generatora napięcia stałego w zakresie od -15 do 15 [V ]. Układ pomiarowy spolaryzowaliśmy napięciem U = 15 [V ]. Na wyjściu odczytywaliśmy przy pomocy miernika napięcie. Poniżej przedstawiamy zależność charakterystykę przejściową = f(u in ): 15 = (-.985 +/-.93) U in = (-.519 +/-.73) U in = (-.9813 +/-.1) U in 1 5 (-5.61;.81) (5.6;.81) -5-1 -15-15 -1-5 5 1 15 U in Wyk.1 Charakterystyka przejściowa dla generatora funkcyjnego. Punkty załamania widoczne na wykresie charakterystyki występują przy napięciu U z, ich wartość teoretyczna (ze wzoru (3)) wynosi U z = ±5.7 [V ]. Doświadczalne wartości odczytane z Wyk.1 to U z = 5.61 [V ] i U z+ = 5.6 [V ], otrzymaliśmy więc dobrą zgodność teorii z doświadczeniem. Nachylenie charakterystyki w przedziale (U z ; U z+ ) powinno wynosić.5 zgodnie z zależnością (4). Poza nim nachylenie, zgodnie ze wzorem (5), wynosi 1. Wyznaczone z wykresu nachylenia prostych bardzo dobrze zgadzają się z powyższymi przewidywaniami.

.1. Sygnał sinusoidalny i trójkątny Na wejściu podaliśmy sygnał sinusoidalny oraz trójkątny o amplitudzie [V ]. Na wyjściu obserwujemy zniekształcenie spowodowane kształtem charakterystyki przejściowej (zakres amplitudy obejmuje punkty załamania). Wyk. Odpowiedź generatora funkcyjnego na sygnał sinusoidalny. Wyk.3 Odpowiedź generatora funkcyjnego na sygnał trójkątny. Amplitudy zniekształceń na obu wykresach (na wyjściu układu) odpowiadają różnicy wartości funkcji = f(u in ) w przedziale (U z ; U z+ ), która na podstawie Wyk.1 wynosi 5.6 [V ]. W przypadku sinusa zgodność jest dobra (5.44 oraz 5.6), trójkąt zaś ma zaniżone wartości z powodu słabo widocznego punktu przegięcia (5.4 i 5.). Odpowiadające tej amplitudzie wartości na wejściu układu także zgadzają się z Wyk.1, czyli wyznaczonym punktem załamania 5.61. Dla sinusa mamy 5.5 oraz 5. zaś w przypadku trójkąta uzyskaliśmy dwie wartości 5.44. 3

. Wzmacniacz logarytmiczny Na wejściu podawaliśmy stały sygnał w zakresie napięć (. ) [V ] - co pokrywa 3 dekady zmienności U in. Jak wiadomo, charakterystyka powinna być dana krzywą logarytmiczną, zgodnie ze wzorem (). W związku z tym wykres = f(u in ) w skali logarytmicznej na osi U in będzie liniowy: -.5 -.3 = (-.196 +/-.1) log(u in ) + (-.47395 +/-.98) -.35 -.4 -.45 -.5 -.55 -.6 -.65 -.7.1.1 1 1 Wyk.4 Charakterystyka przejściowa dla wzmacniacza logarytmicznego. U in Widoczne na legendzie Wyk.4 współczynniki prostej y = ax + b są teoretycznie (według wzoru (), przybliżenie to jedynie pominięcie jedynki pod logarytmem) równe: a.6, b.6 log(i s R) Współczynnik kierunkowy a zgadza się co do rzędu z wyznaczonym eksperymentalnie. Na podstawie znajomości oporu R = 1 [kω] wyliczamy także prąd nasycenia diody I s = 1.6 [pa], jest to także wynik spodziewany co do rzędu wielkości. 4

.3 Miernik średniej częstości impulsów (integrator) Rozważamy układ integratora przy dwóch wartościach pojemności kondensatora dozującego C d, na który podajemy sygnał w postaci impulsów prostokątnych o stałej amplitudzie 5 [V ]. W obu przypadkach musieliśmy znaleźć najpierw szerokość impulsu taką, żeby kondensator C d mógł się całkowicie naładować i rozładować. Będzie to zapewnienie stanu równowagi w układzie dzięki czemu spełniona jest zależność (6)..3.1 C d1 =.1 [nf ] Minimalna szerokość impulsu wynosi w tym przypadku 16 [ns]. Ustalamy szerokość impulsu wejściowego na 5 [ns]. Badamy sygnał prostokątny w zakresie częstotliwości (.5 5) [khz]. Przedstawiamy charakterystykę = g(f) wyrażoną wzorem (6): 14 Dopasowanie = (.499 +/-.33) f 1 1 8 6 4 5 1 15 5 3 f [Hz] Wyk.5 Charakterystyka częstotliwościowa integratora przy C d1. Ze współczynnika nachylenia prostej i przy pomocy wzoru (6) obliczamy i sprawdzamy wartość C d1. Dla U in = 5 [V ] i R = 1 [MΩ], C d1 =.986 [nf ], co potwierdza, że cały ładunek został zdeponowany w układzie..3. C d = 1 [nf ] Minimalna szerokość impulsu wynosi 1.6 [µs], szerokość impulsu wejściowego to [µs]. Badamy zakres częstotliwości (.6.6) [khz]. Przedstawiamy charakterystykę = g(f) wyrażoną wzorem (6): 14 Dopasowanie = (.464 +/-.13) f 1 1 8 6 4 5 1 15 5 3 f [Hz] Wyk.6 Charakterystyka częstotliwościowa integratora przy C d. Ze współczynnika nachylenia prostej i przy pomocy wzoru (6) obliczamy i sprawdzamy wartość C d. Dla U in = 5 [V ] i R = 1 [MΩ], C d =.948 [nf ], co potwierdza, że cały ładunek został zdeponowany w układzie. 5

.4 Przetwornik AC/DC.4.1 Charakterystyka statyczna prostownika Do badania charakterystyki statycznej prostownika podawaliśmy sygnał stały w zakresie napięć ±15 [V ] co 1 [V ]. Uzyskaliśmy następujący wykres napięcia U (U 1 ): = (1.8 +/-.9) U in = (-1.57 +/-.1) U in - -4-6 -8-1 -1-14 -15-1 -5 5 1 15 U in Wyk.7 Charakterystyka statyczna prostownika. Na wykresie można odczytać nachylenia charakterystyki które zgadzają się z przewidywaniami teorii (wzory (8) i (9))..4. Sygnał sinusoidalny Podawaliśmy sygnał wejściowy sinusoidalny o amplitudzie U 1 = 3 [V ] przy dwóch różnych częstotliwościach. Obserwowaliśmy odpowiedź układu przetwornika przed i za filtrem dolnoprzepustowym o stałej czasowej τ =.94 [ms]. ˆ f 1 = 1/τ 1 [khz] Wyk.8 Odpowiedź układu prostującego na sinusoidalny sygnał o częstotliwości f 1. 6

ˆ f = 1/1τ 1 [khz] Wyk.9 Odpowiedź układu prostującego na sinusoidalny sygnał o częstotliwości f. Widzimy, że dla częstotliwości mniejszych amplituda sygnału wyprostowanego jest w dalszym ciągu znaczna i wynosi 1.1 [V ], natomiast przy większej częstotliwości prostowanie jest dokładniejsze (4 [mv ]). Jest to konsekwencja działania filtru jako układu całkującego. 7