ADANI UKŁADÓW ZAWIAJĄCYCH WZMACNIACZ OPACYJN CL ĆWICZNIA: Pozae zasady dzałaa wzmacacza operacyjego w zakrese skch częstotlwośc. Aalza kładów zawerających wzmacacze operacyje pracjące w zakrese lowym elowym. WPOWADZNI Wzmacacz operacyjy (w.o.) jest welokońcówkowym przyrządem półprzewodkowym mającym zastosowae w wel kładach elektroczych. Zwykle w.o. ma 8 lb węcej wyprowadzeń, ale w wększośc zastosowań 6 z ch, zazaczoych a rysk, jest stotych. wy we - we ysek. - Wyprowadzea - (zaslae) przezaczoe są do stalea właścwych pktów pracy wewętrzym elemetom w.o. (trazystorom dodom). Są oe dołączae do zaslacza (zwykle 5V -5V). Pozostałe 4 wyprowadzea są dostępe do zewętrzych połączeń (rysek ). Wejśce odwracające Wyjśce Wejśce eodwracające - ysek. Przyrząd wewątrz trójkąta arysowaego a rysk przerywaą lą będze ozaczay w dalszej częśc poprzez symbol pokazay a rysk 3.
- d ε ε d ysek 3. ysek 4. Dla zastosowań w zakrese skch częstotlwośc prądy apęca wyprowadzeń w.o. spełają astępjące zaleŝośc: I I ( ) gdze I, są wejścowym prądam polaryzjącym, a ( d ) jest symetryczą kcją I pokazaą a rysk 4. d W wększośc wzmacaczy operacyjych I, są mejsze Ŝ.mA, I ε, ε są mejsze Ŝ.mV, zaś achylee charakterystyk w przedzale [ ε, ε ] ozaczae zwykle A jest wększe Ŝ V/V, 4V (zaleŝe od apęca zaslaa). orąc pod wagę powyŝsze wartośc moŝemy przyjąć: I I, A otrzymjąc model dealego w.o. przedstawoy a rysk 5. - d - d ysek 5. W zakrese skch częstotlwośc dealy w.o. jest bardzo dobrym przyblŝeem rzeczywstego kład jest powszeche stosoway w aalze kładów zawerających w.o. Idealy wzmacacz operacyjy jest opsay astępjącym rówaam:
() < < d d d > < () Fkcja ( d ) jest węc reprezetowaa przez 3-odckową charakterystykę, która określa trzy obszary pracy: obszar lowy, obszar asycea dodatego obszar asycea jemego. Wzmacacz operacyjy pracjący w zakrese lowym W obszarze pracy lowej dealy wzmacacz operacyjy jest opsay zaleŝoścam: d Wykorzystjąc powyŝsze rówaa moŝemy aalzować kłady elektrocze zawerające w.o. pracjący w zakrese lowym. Metodę tę pokaŝemy a dwóch przykładach.. Układ z rysk 6 jest azyway wtórkem apęcowym. - d a we we ysek 6. Aalzjąc kład otrzymjemy z PPK w węźle zaś z NPK w pętl a) Wyk są waŝe przy załoŝe we (3) we ( d ) (4) < < które gwaratje pracę w.o w zakrese lowym.. Weźmy obece pod wagę kład z rysk 7. we 3
- we a d b ysek 7. Układ moŝa opsać astępjącym rówaam: z NPK w pętl a) z PPK w węźle ) z NPK w pętl b) Stąd po przekształceach otrzymjemy rówae: we (5) we które jest waŝe dla apęć wejścowych z zakres: < we < Ze względ a jemy zak współczyka we wzorze (5) kład jest azyway wzmacaczem odwracającym. W podoby sposób moŝemy aalzować e kłady zawerające w.o. pracjące w lowym zakrese. Wzmacacz operacyjy pracjący w zakrese elowym W pewych zastosowaach w.o. pracje we wszystkch trzech regoach. W takch przypadkach msmy wykorzystać model elowy przedstawoy a rysk 5. PoewaŜ charakterystyka ( d ) jest odckowo-lowa aalzjemy kład w kaŝdym z regoów jako kład lowy. W obszarze asycea dodatego ( d >) model dealego w.o. jest opsay astępjącym rówaam: (6) W obszarze asycea jemego ( d <) otrzymjemy: 4
(7) Metoda aalzy kładów ze w.o. pracjącym w zakrese elowym zostae zlstrowaa a przykładze kład kowertera jemo-rezystacyjego z rysk 8. A c d b a ysek 8. Chcemy wyzaczyć dwe charakterystyk g() oraz (). ozpatrzmy ajperw rego lowy ( d ) otrzymjąc: z NPK w pętl a) z NPK w pętl b) Stąd wyka, Ŝe: gdze (8) β β (9) Następe wyzaczamy z PPK w węźle ) NPK w pętl c) Z relacj tej zaleŝośc (8) otrzymjemy: Wzór powyŝszy jest słszy dla lb wykorzystjąc (8) dla ( ) () < < β < < β () 5
W obszarze asycea dodatego mamy: () (3) d > (4) Wyzaczając d w kcj mamy: d β Stąd a podstawe (4) zaleŝość () jest spełoa dla Podobe zaleŝośc otrzymjemy w obszarze asycea jemego: < β (5) (6) (7) > β (8) PowyŜsze wzory pozwalają a arysowae charakterystyk - (rysek 9a). JeŜel do zacsków A dołączym kodesator otrzymjemy kład gemeratora drgań relaksacyjych. Drgaa te mają charakter oscylacj o okrese T są złoŝoe z ragmetów krzywych wykładczych (rysek 9b) T t (a) ysek 9. (b) CZĘŚĆ LAOATOYJNA 6
. adae wzmacacza operacyjego w zakrese skch częstotlwośc...połącz kład zgode z ryskem. Zaslacz p V V ysek. Wyzacz charakterystykę ( ) wzmacacza operacyjego µa74. Zapsz wyk w tabel arysj charakterystykę a paperze mlmetrowym... Wykorzystjąc kład pomarowy z rysk wyzacz charakterystykę ( d ). Dokoaj odczyt dodatego jemego apęca asycea. V V Geerator apęca zmeego d Y X ysek.. adae kładów zawerających w.o. pracjący w zakrese lowym 7
.. adae wtórka apęcowego Wyzacz charakterystykę ( ) wykorzystjąc kład pomarowy z rysk. Zaslacz p V V ysek. Zapsz wyk w tabel wyzacz stosek.. Wzmacacz odwracający... Połącz kład pokazay a rysk 3. Zaslacz p 3kΩ kω V V ysek 3. Wyzacz charakterystykę ( ). Zapsz wyk w tabel 8
... Zapsz wzór określający zaleŝość pomędzy. Wykorzystjąc te wzór oblcz w pktach pomarowych oraz błąd ε ( ( ) ) obl. Zapsz wyk w tabel ε..3. Wykorzystjąc kład pomarowy z rysk 4 zaobserwj zaleŝość apęć w kcj czas. Naszkcj zaobserwowae przebeg. Geerator apęca zmeego Y Y ysek 4..3. Wzmacacz eodwracający Wykoaj wszystke pkty pomarowe z pkt. dla kład wzmacacza eodwracającego z rysk 5 (wskazówka ). d ysek 5. 9
.4. Układ róŝczkjący.4.. Połącz kład pomarowy zgode z ryskem 6. Geerator apęca zmeego CF kω Y Y ysek 6. Ustaw częstotlwość apęca z geeratora a Hz ampltdę a.v. Zaobserwj przebeg czasowe (t) określ ampltdę apęca U m, plsację ω kąt przesęca azowego ϕ pomędzy apęcam..4.. Wyprowadź wzór określający zaleŝość pomędzy apęcam. Porówaj ampltdę, plsację kąt przesęca z welkoścam pomerzoym. 3. adae kładów ze w.o. pracjącym w zakrese elowym 3.. Kowerter jemo-rezystacyjy 3... Połącz kład zgode ze schematem pokazaym a rysk 7. Zaslacz p ma V V ysek 7. Pomerz charakterystyk ( ) oraz ( ). Wyk zapsz w tabel V V ma
Wykoaj odpowede wykresy a paperze mlmetrowym. 3... Wykorzystjąc wzory: gdze β dla dla dla < β β < > β < β β oblcz arysj odpowede charakterystyk. Dokoaj odpowedch porówań. 3..3. Połącz kład pomarowy przedstawoy a rysk 8. Zaobserwj charakterystykę ( ). Naszkcj ją a paperze mlmetrowym. Geerator apęca zmeego Y X ysek 8. 3..4. Połącz kład pomarowy zgode z ryskem 9. Zaobserwj arysj (t). Określ ampltdę okres drgań relaksacyjych zachodzących w kładze. C Y X ysek 9.