P

OLITECHNIKA WI TOKRZYSKA

W

K

IELCACH

W

YDZIAŁ

E

LEKTROTECHNIKI

,

A

UTOMATYKI I

I

NFORMATYKI

K

ATEDRA

E

LEKTRONIKI I

S

YSTEMÓW

I

NTELIGENTNYCH

L

ABORATORIUM

P

ODSTAW

E

LEKTRONIKI

I

NSTRUKCJA

L

ABORATORYJNA

WICZENIE NR

10:

Z

ASTOSOWANIE WZMACNIACZA OPERACYJNEGO

-

UKŁADY CAŁKUJ CE I RÓ NICZKUJ CE

K

IELCE

2006

- 2 -

1. Wst p teoretyczny

1.1. Integrator (wzmacniacz całkuj cy)

Integrator otrzymuje si przez wł czenie kondensatora C w obwód sprz enia zwrotnego

wzmacniacza operacyjnego (rys. 1a).

Rys. 1. Schematy integratora: a) układ podstawowy; b) układ z obwodem RC w p tli sprz enia

zwrotnego

Wzmocnienie napi ciowe takiego układu wynosi:

1

2

Z

Z

k

u

−

=

gdzie:

1

1

R

Z

=

C

j

Z

ω

= 1

2

Mamy wi c:

C

R

j

k

u

1

1

ω

−

=

Zale no napi cia wyj ciowego od napi cia wej ciowego w funkcji czasu

jest wyra ona wzorem:

+

−

=

0

1

)

(

1

)

(

U

dt

t

u

C

R

t

u

we

wy

Z powy szego równania wynika, e układ wykonuje operacj całkowania — st d jego nazwa.
Wzmocnienie integratora zale y od cz stotliwo ci sygnału. Je eli powy szy układ zostanie

zmodyfikowany przez doł czenie rezystora R

2

równolegle do kondensatora C (rys. 1b), to nast pi

ograniczenie wzmocnienia dla małych cz stotliwo ci — otrzymuje si człon inercyjny. Wzmocnienie

tego układu oblicza si ze wzoru

)

1

(

2

1

2

C

R

j

R

R

k

u

ω

+

−

=

Dopiero powy ej dolnej cz stotliwo ci

granicznej

C

R

f

d

2

2

1

π

=

człon ten działa jako integrator.

R

1

+E

-E

C

U

we

R

3

R

2

R

1

+E

-E

C

R

3

U

wy

U

we

U

wy

a)

b)

- 3 -

1.2. Wzmacniacz ró niczkuj cy

Wzmacniacz ró niczkuj cy uzyskuje si przez zast pienie rezystora, wł czonego na wej ciu

odwracaj cym wzmacniacza operacyjnego kondensatorem C (rys. 2).

Rys. 2. Schemat wzmacniacz ró niczkuj cego.

Wzmocnienie napi ciowe takiego układu wynosi:

1

2

Z

Z

k

u

−

=

gdzie:

C

j

Z

ω

1

1

=

1

2

R

Z

=

Mamy wi c:

C

R

j

k

u

1

ω

−

=

Zale no napi cia wyj ciowego od napi cia wej ciowego w funkcji czasu jest wyra ona wzorem:

dt

t

du

C

R

t

u

we

wy

)

(

)

(

1

−

=

Z powy szego równania wynika, e układ wykonuje operacj ró niczkowania — st d jego nazwa.
Wzmacniacz ró niczkuj cy ma wiele wad, m.in. jest wra liwy na szumy sygnału o wielkiej

cz stotliwo ci oraz ma skłonno do oscylacji.

+E

-E

C

U

we

R

3

R

2

R

1

+E

-E

C

R

3

U

wy

U

we

U

wy

a)

b)

R

2

- 4 -

2. Przebieg wiczenia

2.1. Badanie wzmacniacza całkuj cego

Schemat pomiarowy

Rys.15. Schemat pomiarowy wzmacniacza całkuj cego (integratora).

Sposób przeprowadzenia pomiarów

•

Poł czy układ pomiarowy wzmacniacza całkuj cego. R

1

=1k

Ω, R

2

=560k

Ω, C=100nF Napi cie

zasilania wzmacniacza operacyjnego wynosi

V

E

15

±

=

.

•

Ustawi na generatorze przebieg sinusoidalny o cz stotliwo ci f=1 kHz i amplitudzie sygnału

wej ciowego takiej, aby sygnał wyj ciowy nie był zniekształcony (kanał A). Na oscyloskopie

(kanał B) obserwujemy sygnał wyj ciowy. Przerysowa sygnał wej ciowy i wyj ciowy zwracaj c

uwag na amplitud oraz poło enie w czasie obu przebiegów.

•

Powtórzy pomiary dla sygnału wej ciowego o kształcie prostok tnym i trójk tnym.

R

2

R

1

E

G

kanał

A

kanał

B

Oscyloskop

+E

-E

E

C

- 5 -

2.2. Badanie wzmacniacza ró niczkuj cego

Schemat pomiarowy

Rys.14. Schemat pomiarowy wzmacniacza ró niczkuj cego.

Sposób przeprowadzenia pomiarów

•

Poł czy układ pomiarowy wzmacniacza ró niczkuj cego. R

1

=100

Ω, R

2

=1k

Ω, C=100nF.

Napi cie zasilania wzmacniacza operacyjnego wynosi

V

E

15

±

=

.

•

Ustawi na generatorze przebieg sinusoidalny o cz stotliwo ci f=1 kHz i amplitudzie sygnału

wej ciowego takiej, aby sygnał wyj ciowy nie był zniekształcony (kanał A). Na oscyloskopie

(kanał B) obserwujemy sygnał wyj ciowy. Przerysowa sygnał wej ciowy i wyj ciowy zwracaj c

uwag na amplitud oraz poło enie w czasie obu przebiegów.

•

Powtórzy pomiary dla sygnału wej ciowego o kształcie prostok tnym i trójk tnym.

3. Opracowanie wyników pomiaru

W sprawozdaniu nale y zamie ci :

1.

Schematy pomiarowe wykorzystywane na wiczeniu.

2.

Przebiegi sygnału wej ciowego i wyj ciowego dla cz stotliwo ci 1 kHz i ró nych kształtów sygnału

wej ciowego.

3.

Wnioski i spostrze enia po przeprowadzonym wiczeniu i opracowaniu wyników pomiarów.

R

2

R

1

E

G

kanał

A

kanał

B

Oscyloskop

+E

-E

E

C