Politechnika Białostocka

Podobne dokumenty
Politechnika Białostocka

Politechnika Białostocka

Politechnika Białostocka

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ OPERACYJNY

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Politechnika Białostocka

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Laboratorium z Układów Elektronicznych Analogowych

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Ćwiczenie 21 Temat: Komparatory ze wzmacniaczem operacyjnym. Przerzutnik Schmitta i komparator okienkowy Cel ćwiczenia

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

WZMACNIACZ OPERACYJNY

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych

ELEMENTY ELEKTRONICZNE TS1C

Politechnika Białostocka

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

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

UKŁADY PROSTOWNICZE 0.47 / 5W 0.47 / 5W D2 C / 5W

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Filtry aktywne filtr górnoprzepustowy

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

LABORATORIUM ELEKTRONIKA. Opracował: mgr inż. Tomasz Miłosławski

Wzmacniacze operacyjne

ĆWICZENIE 2 Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

ELEMENTY ELEKTRONICZNE. Układy polaryzacji i stabilizacji punktu pracy tranzystora

Systemy i architektura komputerów

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

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Stabilizacja napięcia. Prostowanie i Filtracja Zasilania. Stabilizator scalony µa723

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Generator relaksacyjny

Wzmacniacz operacyjny

Bogdan Olech Mirosław Łazoryszczak Dorota Majorkowska-Mech. Elektronika. Laboratorium nr 3. Temat: Diody półprzewodnikowe i elementy reaktancyjne

Politechnika Białostocka

Badanie wzmacniacza operacyjnego

Tranzystory bipolarne. Właściwości wzmacniaczy w układzie wspólnego kolektora.

Akustyczne wzmacniacze mocy

Sprzęt i architektura komputerów

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Elektronika. Wzmacniacz operacyjny

Tranzystory bipolarne. Podstawowe układy pracy tranzystorów.

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

P-1a. Dyskryminator progowy z histerezą

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2

Analiza właściwości filtra selektywnego

Instrukcja UKŁADY ELEKTRONICZNE 2 (TZ1A )

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych test kompetencji zagadnienia

Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych

Pomiar podstawowych parametrów liniowych układów scalonych

A6: Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody)

Elektronika. Wzmacniacz tranzystorowy

LABORATORIUM ELEKTRONIKI FILTRY AKTYWNE

Ćw. 5 Wzmacniacze operacyjne

Liniowe układy scalone w technice cyfrowej

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Ćwiczenie nr 8. Podstawowe czwórniki aktywne i ich zastosowanie cz. 1

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

Własności i zastosowania diod półprzewodnikowych

Prostowniki. 1. Cel ćwiczenia. 2. Budowa układu.

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Ćw. III. Dioda Zenera

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

WZMACNIACZ OPERACYJNY W UKŁADACH LINIOWYCH

WIECZOROWE STUDIA NIESTACJONARNE LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Instrukcja nr 6. Wzmacniacz operacyjny i jego aplikacje. AGH Zespół Mikroelektroniki Układy Elektroniczne J. Ostrowski, P. Dorosz Lab 6.

Podstawy Elektroniki dla Teleinformatyki. Generator relaksacyjny

Układy i Systemy Elektromedyczne

PODSTAWY ELEKTRONIKI TEMATY ZALICZENIOWE

UKŁADY ELEKTRONICZNE Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Badanie transoptora

Vgs. Vds Vds Vds. Vgs

Liniowe stabilizatory napięcia

Temat: Wzmacniacze operacyjne wprowadzenie

ELEKTRONIKA. Generatory sygnału prostokątnego

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych Laboratorium 1

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

LABORATORIUM ELEKTRONICZNYCH UKŁADÓW POMIAROWYCH I WYKONAWCZYCH. Badanie detektorów szczytowych

Ćwiczenie 7 PARAMETRY MAŁOSYGNAŁOWE TRANZYSTORÓW BIPOLARNYCH

Laboratorium Analogowych Układów Elektronicznych Laboratorium 4

Generatory sinusoidalne LC

Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile Studia Stacjonarne i niestacjonarne PODSTAWY ELEKTRONIKI rok akademicki 2008/2009

UKŁADY PRZEKSZTAŁCAJĄCE

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

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

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

Ćwiczenie - 9. Wzmacniacz operacyjny - zastosowanie nieliniowe

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

Układy Elektroniczne Analogowe. Prostowniki i powielacze napięcia

Politechnika Białostocka

Wzmacniacz tranzystorowy

Ćwiczenie - 4. Podstawowe układy pracy tranzystorów

Ćw. 3: Wzmacniacze operacyjne

TRANZYSTORY BIPOLARNE

Technik elektronik 311[07] Zadanie praktyczne

Transkrypt:

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu: ELEKTRONIKA EKS1A300024 Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych w układach nieliniowych Białystok 2015 1

1. Cel ćwiczenia - praktyczne zapoznanie się z metodami wykorzystania wzmacniaczy operacyjnych do realizacji układów nieliniowych, - doświadczalna weryfikacja parametrów zaprojektowanego układu, - opanowanie metod uruchamiania układu oraz korygowania jego parametrów. 2. Opisy badanych układów Układy wykorzystujące dwójnik o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej Niektóre układy o prostych charakterystykach nieliniowych można zrealizować wykorzystując dwójnik o nieliniowej charakterystyce prądowonapięciowej. Rozważmy układ przedstawiony na rys. 1. Załóżmy, że charakterystyka prądowo-napięciowa dwójnika nieliniowego opisana jest następującymi funkcjami: U x = f rx (I x ) oraz I x = f gx (U x ), gdzie funkcje f rx i f gx są wzajemnie odwrotne. Rys. 1 Jeśli wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego jest dostatecznie duże, spełniony jest warunek U 1 0. Wówczas prawdziwe są równania: U wy = U x = f rx (I x ) oraz U we = U R1, a jeśli założymy, że wejście wzmacniacza operacyjnego nie pobiera prądu, to oczywiście musi być spełniony warunek: I R1 = -I x. Napięcie wejściowe jest związane z prądem I R1 zależnością: U we = R 1 I R1, czyli U we = -R 1 I x, z czego wynika, że I x = -U we /R 1. Ostatecznie otrzymujemy zależność: U wy = -f rx (U we /R 1 ). Czyli charakterystyka przejściowa ma taki sam kształt jak charakterystyka prądowo-napięciowa dwójnika X 1. W podobny sposób możemy uzyskać układ o charakterystyce przejściowej, odpowiadającej charakterystyce napięciowo-prądowej dwójnika nieliniowego X 2 (rys.2.). Załóżmy, jak poprzednio, że dwójnik nieliniowy X 2 jest opisany charakterystykami: U x = f rx (I x ) oraz I x = f gx (U x ). Stosując analogiczne założenia i przekształcenia otrzymamy zależność U wy = -R 2 f gx (U we ). Jednak w ten sposób zrealizowany układ ma niepożądaną właściwość - jego rezystancja wejściowa jest nieliniowa (rezystancja wejściowa układu Rys. 2 przedstawionego na rys.1. jest stała i równa R 1 ). W obu prezentowanych układach rezystancja "widziana" z wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego ma charakter nieliniowy, w związku z czym efektywna kompensacja prądów wejściowych wzmacniacza może nastręczać trudności. 2

Ograniczanie napięcia na wyjściu wzmacniacza W przypadku dyskryminatorów możemy uzyskać żądaną charakterystykę wykorzystując wzmacniacz operacyjny pracujący bez sprzężenia zwrotnego, jedynie ograniczając napięcie wyjściowe za pomocą diody Zenera. Jeśli chcemy wykorzystać taki układ, pamiętajmy o wprowadzeniu rezystora R ograniczającego prąd wyjściowy wzmacniacza (rys.3.). Większość wzmacniaczy operacyjnych posiada wewnętrzne zabezpieczenie przed zwarciem wyjścia, więc jest możliwe pominięcie rezystora zabezpieczającego. W takim przypadku należy Rys. 3 zastanowić się, czy nie ma niebezpieczeństwa przegrzania diody lub wzmacniacza. Musimy mieć również świadomość, że w takim układzie wzmacniacz operacyjny nasyca się, co wpływa niekorzystnie na szybkość działania układu. Jeśli do realizacji układu potrzebne jest źródło napięcia stałego o określonej wartości, możemy wykorzystać odpowiedni dzielnik rezystancyjny (jeśli da się go zmontować na używanej makiecie), albo zasilacz laboratoryjny. 3. Opis makiety laboratoryjnej Uniwersalna makieta laboratoryjna (rys. 4, 5) pozwala na badanie układów ze wzmacniaczem operacyjnym. Wzmacniacz może pracować ze sprzężeniem zwrotnym ujemnym lub/i dodatnim albo bez sprzężenia zwrotnego. Rys. 4 Widok makiety laboratoryjnej do badania układów nieliniowych ze wzmacniaczami operacyjnymi. 3

Makieta zawiera podstawkę do układów scalonych DIP8, w której należy umieścić wzmacniacz operacyjny (np. TL081), złącza typu WAGO 255-502 z przyciskami i zaciskami sprężynowymi, które pozwalają na umieszczenie potrzebnych elementów (diody, rezystory, kondensatory, zworki) oraz gniazda BNC i gniazda bananowe, służące do doprowadzenia zasilania oraz sygnałów. Rys. 5 Schemat ideowo - montażowy makiety, z zachowaniem rozmieszczenia elementów. 4. Układy do realizacji Uwaga! Wartość rezystancji wejściowej projektowanych układów nie może być mniejsza niż 1 kω. 1. Dyskryminator progowy (detektor przejścia przez zero) o charakterystyce statycznej jak na rys. 6. Wymagana jest realizacja z elementem nieliniowym umieszczonym w pętli sprzężenia zwrotnego. Rys. 6 4

2. Dyskryminator progowy (detektor przejścia przez zero) o charakterystyce statycznej jak na rys. 7. Wymagana jest realizacja z elementem nieliniowym umieszczonym w pętli sprzężenia zwrotnego. Rys. 7 3. Dyskryminator progowy o charakterystyce statycznej jak na rys. 8. Rys. 8 4. Dyskryminator okienkowy o charakterystyce statycznej jak na rys. 9. Rys. 9 5. Dyskryminator progowy z histerezą o charakterystyce statycznej jak na rys. 10. Rys. 10 5

6. Ogranicznik napięcia o charakterystyce statycznej jak na rys. 11. Rys. 11 7. Dwustronny ogranicznik napięcia o charakterystyce statycznej jak na rys. 12. Rys. 12 8. Ogranicznik napięcia (funkcjonalnie prostownik jednopołówkowy) o charakterystyce statycznej jak na rys. 13. Rys. 13 9. Ogranicznik napięcia (funkcjonalnie prostownik jednopołówkowy) o charakterystyce statycznej jak na rys. 14. Rys. 14 6

10. Układ kształtujący sygnał o charakterystyce statycznej jak na rys. 15. Rys. 15 11. Prostownik dwupołówkowy o wzmocnieniu 1 V/V - charakterystykę statyczną przedstawiono na rys. 16. Rys. 16 12. Wzmacniacz o logarytmicznej charakterystyce statycznej danej wzorem: U wy =A ln(u we /B), gdzie A i B są stałymi współczynnikami dodatnimi o wymiarze napięcia. Wartość rezystancji wejściowej układu nie może być mniejsza niż 10 kω. Układ ma pracować poprawnie dla napięć wejściowych zmieniających się w zakresie od 0,1V do 10V. 13. Wzmacniacz o wykładniczej charakterystyce statycznej danej wzorem: U wy =A exp(u we /B), gdzie A i B są stałymi współczynnikami dodatnimi o wymiarze napięcia. Rezystancja wejściowa układu nie może być mniejsza niż 10 kω, napięcie wejściowe dodatnie. 14. Generator fali trójkątnej o częstotliwości 5 khz, wartości międzyszczytowej napięcia wyjściowego równej 6V, wartości średniej napięcia wyjściowego równej 0 V. 5. Sprzęt niezbędny do wykonania ćwiczenia makieta laboratoryjna oscyloskop cyfrowy generator funkcyjny zasilacz laboratoryjny multimetry 7

6. Przygotowanie do pracy w laboratorium (część projektowa ćwiczenia) 6.1 Z poniższej tabeli, na podstawie numeru zespołu laboratoryjnego, wybierz układy do realizacji. 6.2 Zaprojektuj układy, realizujące zadane funkcje nieliniowe. Zastanów się nad rozmieszczeniem poszczególnych elementów na makiecie laboratoryjnej. 6.3 Opisz zasadę działania zaprojektowanego układu i przewidywane błędy realizacji założonej funkcji nieliniowej wraz z ich przyczynami. 6.4 Wyjaśnij wpływ poszczególnych elementów na kształt charakterystyki. Tabela 1. Zestawienie zadań projektowych dla poszczególnych zespołów laboratoryjnych Numer zespołu 1 2 3 Numery układów 1, 5, 8, X 6, 9, 11, X 4, 7, 14, X gdzie X oznacza dowolny układ spoza wyznaczonych dla danego zespołu. 7. Praca w laboratorium (część doświadczalna ćwiczenia) 7.1 Zbuduj pierwszy zaprojektowany przed zajęciami układ nieliniowy. 7.2 Dokonaj pomiaru charakterystyki układu metodą oscyloskopową (preferowane) lub metodą punkt po punkcie. W przypadku wybrania metody oscyloskopowej wykorzystaj przebieg trójkątny lub sinusoidalny o niskiej częstotliwości (30 100 Hz) i odpowiednio dobranej amplitudzie oraz oscyloskop pracujący w trybie X-Y. Zarejestruj uzyskane charakterystyki. 7.3 Zarejestruj przebiegi napięcia wejściowego i wyjściowego. 7.4 Sprawdź wpływ częstotliwości przebiegu (1kHz, 5kHz, 15kHz) na kształt charakterystyk. Zarejestruj uzyskane charakterystyki. 7.5 Zastanów się, jakie są przyczyny obserwowanych zniekształceń charakterystyki. Spróbuj uzasadnić obserwowane efekty przyjmując, że typowa wartość "slew-rate" dla wzmacniacza TL081 jest rzędu 13V/µs, zaś dla ua741 jest rzędu 0,5 V/µs. Uwzględnij pojemności diod półprzewodnikowych. 8. Literatura 1. Baranowski J., Czajkowski G. Układy elektroniczne, cz. II - Układy analogowe nieliniowe i impulsowe, WNT, 2004 2. Górecki P. Wzmacniacze operacyjne, Wydawnictwo BTC, 2004 3. Horowitz P., Hill W. Sztuka elektroniki, WKiŁ, 2013 8