Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych (zadania projektowo - laboratoryjne) Wzmacniacze Sumatory Filtry Regulatory Prostowniki idealne Komparatory z histerezą Generatory EL-w07 1
Temat ogólny zadań projektowo- laboratoryjnych Wykorzystując stanowisko laboratoryjne z płytką WZM_OP_III zrealizować układ elektroniczny o zadanej funkcji przejścia: U y = f(u 1,U 2 ) Zadania szczegółowe: Narysować schematy: blokowy i obwodowy Naszkicować wykresy zadanych charakterystyk lub przebiegów Wypisać wzory projektowe i dokonać niezbędnych obliczeń Określić schemat połączeń stanowiska laboratoryjnego Opisać sposób sprawdzenia układu Przeanalizować zalety/wady wybranego rozwiązania, wskazać możliwości ulepszeń EA-w08 2
Schemat płytki WZM_OP_III EA-w08 3
Schemat LTSpice: WZM_OP_III.asc EA-w08 4
Wzmacniacze (zadanie 1) 1. Wzmacniacz odwracający o stałym wzmocnieniu U y =K U 1 K=const, K 0 wariant: a b c d e K= -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 EA-w08 5
Zadanie 1d - rozwiązanie Schematy: blokowy, obwodowy R 2 U 1 K U y U 1 R 1 Uy Charakterystyka, wzory -6V U y -6V 6V 6V U 1 K= R 2 R 1 K= 1 R 2 =R 1 R 1 =10 k R 2 =10 k EA-w08 6
Połączenia zewnętrzne płytki WZM_OP_III: J1-o, J3-d, J4-z, U1-4, Uy-16, 15-3 o - otwarte z - zwarte Zadanie 1d - rozwiązanie d zwarte dolne g zwarte górne 1, 2,..., 19 numery gniazd Testy: a) Generator fali trójkątnej +/- 15V, ca 50Hz na gniazdo (4) i wejście odchylania poziomego (oś X) oscyloskopu, gniazdo (16) do wejścia Y oscyloskopu obserwacja charakterystyki b) Wejście (4) do masy, wyjście (16) na woltomierz; pomiar napięcia niezrównoważenia c) Zadajnik (18) do wejścia (4) i na woltomierz, wyjście (16) na woltomierz; pomiar w 2 odległych od siebie punktach dla wyznaczenia wzmocnienia: K = U y / U 1 EA-w08 7
Wzmacniacze (zadanie 2) 2. Wzmacniacz odwracający o nastawianym wzmocnieniu U y =K U 1 K min K K max, K min, K max 0 wariant a b c d e f g h K min -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 <-100 <-100 <-100 K max 0 0 0 0 0-0.5-1.0-2.0 EA-w08 8
Wzmacniacze (zadanie 2a) U y =K U 1 K min K K max, K min, K max 0 wariant a b c d e f g h K min -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 <-100 <-100 <-100 K max 0 0 0 0 0-0.5-1.0-2.0 EA-w08 9
Wzmacniacze (zadanie 2a) EA-w08 10
Wzmacniacze (zadanie 2h) wariant a b c d e f g h K min -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 <-100 <-100 <-100 K max 0 0 0 0 0-0.5-1.0-2.0 EA-w08 11
Wzmacniacze (zadanie 2h) wariant a b c d e f g h K min -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 <-100 <-100 <-100 K max 0 0 0 0 0-0.5-1.0-2.0 EA-w08 12
Wzmacniacze (zadanie 3) 3. Wzmacniacz nieodwracający o stałym wzmocnieniu U y =K U 1 K =const, K 0 EA-w08 13
Wzmacniacze (zadanie 4) 4. Wzmacniacz nieodwracający o nastawialnym wzmocnieniu U y =K U 1 K min K K max, K min 0, K max 0 wariant a b c d e K min 0 0 0 0 0 K max 0.333 0.5 1.0 2.0 3.0 wariant f g h i j K min 0.333 0.5 1.0 2.0 3.0 K max >100 >100 >100 >100 >100 EA-w08 14
Wzmacniacze (zadanie 4e) EA-w08 15
Wzmacniacze (zadanie 4e) EA-w08 16
Wzmacniacze (zadanie 5) 5. Wzmacniacz odwracający/nieodwracający U y =K U 1 K min K K max, K min 0, K max 0 wariant a b c d e K min -1.0-2.0-0.5 K max 1.0 1.0 1.0 EA-w08 17
Wzmacniacze (zadanie 5b) EA-w08 18
Wzmacniacze (zadanie 5b) EA-w08 19
Wzmacniacze (zadanie 6) 6. Wzmacniacz odwracający o stałym wzmocnieniu i stałych poziomach ograniczenia napięcia wyjściowego 1 U D K U 1 U G U y ={K U } U D gdy K U 1 U D U G gdy K U 1 U G wariant: a b c d e K= -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 20
Wzmacniacze (zadanie 6eIII) wariant: a b c d e K= -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 21
Wzmacniacze (zadanie 6eIII) wariant: a b c d e K= -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 22
Wzmacniacze (zadanie 7) 7. Wzmacniacz odwracający o nastawialnym wzmocnieniu i stałych poziomach ograniczenia napięcia wyjściowego 1 U D K U 1 U G U y ={K U } U D gdy K U 1 U D U G gdy K U 1 U G ( K jak w zadaniu 2) wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 23
Wzmacniacze (zadanie 8) 8. Wzmacniacz odwracający o stałym wzmocnieniu i nastawialnych poziomach ograniczenia napięcia wyjściowego 1 U D K U 1 U G U y ={K U } U D gdy K U 1 U D U G gdy K U 1 U G wariant: a b c d e K= -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 wariant I II III U G 0.1V... 10V 1.0... 10V U sat + U D -U G U sat - -1... -10V EA-w08 24
Wzmacniacze (zadanie 8dI) wariant: a b c d e K= -0.1-0.2-0.5-1.0-2.0 wariant I II III U G 0.1V... 10V 1.0... 10V U sat + U D -U G U sat - -1... -10V EA-w08 25
Wzmacniacze (zadanie 8dI) EA-w08 26
Wzmacniacze (zadanie 9) 9. Wzmacniacz odwracający o nastawialnym wzmocnieniu i nastawialnych poziomach ograniczenia napięcia wyjściowego 1 U D K U 1 U G U y ={K U } U D gdy K U 1 U D U G gdy K U 1 U G ( K jak w zadaniu 2) wariant I II III U G 0.1V... 10V 1.0... 10V U sat + U D -U G U sat - -1... -10V EA-w08 27
Wzmacniacze (zadanie 10) 10. Wzmacniacz nieodwracający z ograniczeniem napięcia wyjściowego 1 U D K U 1 U G U y ={K U } U D gdy K U 1 U D U G gdy K U 1 U G ( K jak w zadaniach 3, 4 ) ( U G, U D jak w zadaniach 8, 9) Czy we wzmacniaczu nieodwracającym można stosować te same metody ograniczania napięcia, co we wzmacniaczu odwracającym? EA-w08 28
Sumatory (regulatory P ) - zadania 11, 12, 13 11. Sumator odwracający o nastawialnym wzmocnieniu a: U y = U 1 U 2 K ; K = 2... 0 b: U y = 2 U 1 U 2 K ; K = 2...0 12. Sumator 11a,b, z ograniczeniem napięcia wyjściowego wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V 13. Sumator 11a,b z nastawialnym ograniczeniem U D <U y <U G wariant I II III U G 0.1V... 10V 1.0... 10V U sat + U D -U G U sat - -1... -10V EA-w08 29
Sumatory (zadania 14,15) 14. Sumator nieodwracający o stałym wzmocnieniu a,b,c : U y = U 1 U 2 K ; K =0.5,1.0,1.5 d,e, f : U y = 2 U 1 U 2 K ; K =1/3, 2/3, 1.0 15. Sumator nieodwracający o nastawialnym wzmocnieniu a : U y = U 1 U 2 K ; K =0.5...100 b : U y = 2 U 1 U 2 K ; K=0.333...100 EA-w08 30
Sumatory (zadania 16, 17) 16. Sumator nieodwracający z ograniczeniem U D <U y <U G ( K jak w zadaniach 14, 15) wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V 17. Sumator z nastawialnym ograniczeniem U D <U y <U G ( K jak w zadaniach 14, 15) wariant I II III U G 0.1V... 10V 1.0... 10V U sat + U D -U G U sat - -1... -10V EA-w08 31
Sumatory (zadania 18, 19) 18. Wzmacniacz różnicowy a,b,c : U y = U 1 U 2 K ; K=0.5,1, 2 d : U y = U 1 0.5 U 2 K ; K =1 e: U y = U 1 2.0 U 2 K ; K =1 19. Wzmacniacz różnicowy z ograniczeniem U D <U y <U G ( K jak w zadaniu 18) wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 32
Filtry (zadania 20, 21) 20. Wzmacniacz odwracający z filtrem dolnoprzepustowym Wzmacniacze z zadań 1,2, 6-9 uzupełnić o funkcję filtrowania dolnoprzepustowego sygnałów; obliczyć parametry filtru możliwe do uzyskania w danym wariancie wzmacniacza 20. Wzmacniacz nieodwracający z filtrem dolnoprzepustowym Wzmacniacze z zadań 3,4,10 uzupełnić o funkcję filtrowania dolnoprzepustowego sygnałów; obliczyć parametry filtru możliwe do uzyskania w danym wariancie wzmacniacza EA-w08 33
Regulator całkujący (zadania 22, 23) 22. Regulator całkujący I a : U y s = U 1 s U 2 s st i ; T i =10ms b: U y s = U 1 s U 2 s s T i ; T i =10ms c: U y s = U 1 s U 2 s st i ; T i =10ms 23. Regulator całkujący (22a,b,c) z ograniczeniem U D <U y <U G wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 34
Regulator całkujący (zadanie 22a) EA-w08 35
Regulator całkujący (zadanie 22a) EA-w08 36
Regulator całkujący (zadanie 22b) EA-w08 37
Regulator całkujący (zadanie 22b) EA-w08 38
Regulator PI (zadania 24, 25) 24. Regulator PI (proporcjonalno-całkujący) a : U y s = U 1 s U 2 s K p 1 i st b: U y s = U 1 s U 2 s K P 1 i st T i =10ms ; K p =0...4.0 25. Regulator PI (24a,b) z ograniczeniem U D <U y <U G wariant I II III IV V U G 5.7V 0.6V 5.7V 0.6V 5.7V U D -5.7V -5.7V -0.6V 0V 0V EA-w08 39
Komparatory (zadanie 26) 26. Detektor przejścia przez zero a : U y= { U G gdy U 1 0 U D gdy U 1 0} b: U y = {U D gdy U 1 0 U G gdy U 1 0} wariant I II III IV V VI U G U sat+ U sat+ U sat+ 5.7V 5.7V 5.7V U D U sat- -0.6V 0V -5.7V -0.6V 0V EA-w08 40
Komparatory (zadanie 27) 27. Komparator (bez histerezy) a: U y= { U G gdy U 1 U 2 U D gdy U 1 U2} b: U y = {U D gdy U 1 U 2} 2 U G gdy U 1 U wariant I II III IV V VI U G U sat+ U sat+ U sat+ 5.7V 5.7V 5.7V U D U sat- -0.6V 0V -5.7V -0.6V 0V EA-w08 41
Komparatory (zadanie 28) 28. Człon histerezowy (przerzutnik Schmitta) a: U G gdy U 1 U L U y t + U ={ D gdy U 1 U P} P U y t - gdy U L U 1 U b: D gdy U 1 U L U y t + ={U U G gdy U 1 U P} P U y t - gdy U L U 1 U wariant I II III IV V VI U G U sat+ U sat+ 5.7V 5.7V 5.7V 5.7V U D U sat- -0.6V -5.7V -5.7V -5.7V 0V U P 0..5V 0..5V 0..5V 0.. 5V 0V 0.. 5V U L -U P -U P -U P 0V -5V..0 0 EA-w08 42
Prostowniki (zadanie 29) 29. Prostownik idealny a: U y= { K U 1 gdy U 1 0 0 gdy U 1 0} b: U y = { 0 gdy U 1 0 K U 1 gdy U 1 0} wariant: I II III IV K= -0.5-1.0-2.0-2.0.. 0 EA-w08 43
Generatory (zadanie 30) 30. Generator przebiegu prostokątnego U y ={ U G dla 0 T G U D dla T G T } = t n T ; n=0,1,2,3,... wariant I II III IV U G U sat+ U sat+ 5.7V 5.7V U D U sat- U sat- -5.7V -5.7V T G 5 ms 5 ms 5 ms 0.. 5V T 10 ms 10 ms.. 0.5 s 10 ms 10 ms.. 0.5 s EA-w08 44