Zespół w składzie: Andrzej Toborek Konrad Witecki Piotrek Sadurski Wojtek Pawłowski Paweł Przygoda Konrad Tkaczyk	Nr ćwicz. 4	Wydział Mechatroniczny Gr 12B
		Temat: BADANIE WZMACNIACZA OPERACYJNEGO
Wykonanie	Ocena:		Data:	Podpis:

Wstęp

Obecnie wzmacniacze operacyjne są budowane jako układy scalone. Są bardzo tanie i dobre pod względem parametrów. Mają duże wzmocnienia, dużą rezystancje wejściową i małą wyjściową. Wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się również małym poborem prądu „na potrzeby własne”. Przykładowym oznaczeniem układu scalonego zawierającego pojedynczy wzmacniacz operacyjny jest układ 741. Posiada on osiem nóżek co zapewnia wszechstronne jego wykorzystanie. Natomiast układ LM 324 zawiera w sobie cztery takie wzmacniacze. Posiada on tylko czternaście nóżek, co ogranicza sposoby wykorzystania wzmacniaczy. Teoretycznie posiadając nieograniczoną liczbę wzmacniaczy operacyjnych można zbudować prawie każdy schemat elektryczny małej mocy składający się z tranzystorów i układów scalonych (nie cyfrowych). Właściwie to cała elektronika opiera się na wzmacniaczach operacyjnych odpowiednio połączonych z różnymi parametrami. W strukturze (wewnątrz) w większości analogowych układów scalonych znajduje się przynajmniej jeden wzmacniacz operacyjny. Z tego powodu jest on bardzo ważnym elementem obwodów elektronicznych. Wzmacniacz operacyjny można przedstawić za pomocą dwóch odpowiednio połączonych tranzystorów. Przedstawiłem to na poniższym rysunku.

Taki układ nazywany jest również symetrycznym wzmacniaczem prądu stałego i zmiennego. Głównym elementem układu są dwa tranzystory ze sprzężonymi emiterami Re. Najważniejszymi zaletami takiego wzmacniacza są:

• bardzo mały dryft

• duża stabilność punktu pracy

• duże wzmocnienie

• bardzo duża rezystancja wejścia Rwy

• bardzo mała rezystancja wyjścia Rwe

Wzmacniacz ten nie jest czuły na temperaturę, w której pracuje, ani na zmiany napięcia zasilania. Posiada:

• dwa wejścia symetryczne

• dwa wejścia niesymetryczne

• dwa wyjścia symetryczne

Jedną z podstawowych właściwości układu można wymienić zdolność wzmacniania sygnałów różnicowych przychodzących na oba wejścia w fazie przeciwnej, oraz tłumienie sygnałów sumacyjnych (wspólnych, takich samych) przychodzących na oba wejścia w fazie przeciwnej.

Krótka charakterystyka idealnego wzmacniacza operacyjnego:

• nieskończenie duże Rwe

• zerową rezystancje wyjściową

• nieskończenie duży współczynnik wzmocnienia

• nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia

• zerowym napięciem wyjściowym przy zerowej wartości różnicowego napięcia wejściowego

Parametry najpowszechniejszego modelu wzmacniacza operacyjnego o symbolu 741:

rezystancja wejściowa od 500k do 10⁴M

rezystancja wyjściowa od 50 do 200

częstotliwość pracy od prądu stałego do 100MHz

Na rysunku przedstawiłem symbol wzmacniacza operacyjnego z opisanymi wejściami i wyjściem. Napięcie zasilania w przypadku większości dostępnych na rynku wzmacniaczy waha się od 3V do 24V.

Wzmacniacz różniczkujący

W badanym układzie zastosowano wzmacniacz operacyjny o symbolu LF 357F. Pracował on w układzie bardziej rozbudowanym niż to przedstawiłem niż to przedstawiłem na rysunku, ale chodziło mi o samo uchwycenie istoty działania wzmacniacza różniczkującego.

Jest praca wzmacniacza operacyjnego w układzie różniczkującym. Rezystor R2 realizuje ujemne sprzężenie zwrotne. Kondensator c ma wartość około 22nF. Na wejście został podany sygnał o przebiegu sinusoidalnym i częstotliwości 50Hz. Do wyjścia podłączono oscyloskop. Zarówno na wyjściu jak i na wejściu kontrolowano napięcie za pomocą elektronicznych woltomierzy.

Obserwując lampę oscyloskopu sondującego wejście i wyjście powyższego układu można było stwierdzić, że przebiegi sinusoidalne są przesunięte względem siebie o 45^o.

Lp	Uwe [V]	Uwy [V]	ku [V/V]
1	0,13	0,1	0,76
2	0,44	0,3	0,68
3	0,73	0,5	0,68
4	1,48	1	0,675
5	2,09	1,41	0,674

Obserwując wyniki wykonanego badania wnioskuję, że współczynnik tego wzmacniacza operacyjnego maleje wraz ze wzrostem napięcia wejściowego. Jednak sądzę, że różnica w przypadku wyniku pierwszego i drugiego w rzeczywistości nie powinna być aż taka znaczna jak to przedstawiłem w tabelce. Zakładam, że podczas pierwszego pomiaru wystąpił błąd. Dalsze wyniki nie budzą wątpliwości.

Wzmacniacz odwracający

W przypadku wzmacniacza odwracającego schemat różni się tylko elementem na wejściu. Konkretnie zamiast kondensatora jest rezystor.

W tym przypadku lampa oscyloskopowa przedstawiała wykresy sinusoidalne odwrócone względem siebie. To znaczy tam gdzie znajdowało się maksimum jednego wykresu, drugi miał minimum. To jest właśnie istotą wzmacniacza odwracającego. Jak widać również w tabelce napięcie wyjściowe jest mniejsze od wejściowego z tego wniosek że wzmacniacz pracuje przy sprzężeniu zwrotnym ujemnym. Rezystancja R wynosi 10k

Lp	Uwe [V]	Uwy [V]	ku [V/V]
1	0,023	0,23	10
2	0,039	0,39	10
3	0,053	0,52	9,8
4	0,066	0,66	10
5	0,094	0,93	9,8

Wyraźnie widać, że przy tym rodzaju pracy wzmacniacza operacyjnego są o wiele większe wartości współczynnika wzmocnienia niż przy schemacie poprzednim. Współczynnik początkowo jest bardzo mały, po czym rośnie do dużych wartości, aby potem znowu maleć.

Badanie współczynnika wzmocnienia przy zmiennej częstotliwości.

Na wejście podawany był sygnał sinusoidalny z generatora o regulowanej częstotliwości. W poprzednich przypadkach częstotliwość była stała i wynosiła 50Hz.

ODWRACAJĄCY RÓŻNICOWY

f [Hz]	Uwe [V]	Uwy [V]	ku [V/V]	Uwy [V]	ku [V/V]
1273	0,1	2,26	22,6	1	10
1400	0,1	2,30	23	1	10
1700	0,99	2,27	2,29	1	1,1
1900	0,99	2,53	2,55	0,99	1
2500	0,098	3,30	33,67	0,99	10,10

Wnioski

W przypadku układu wzmacniacza różnicujący wraz ze zmianami częstotliwości współczynnik wzmocnienia zmieniał się ale dosyć nieznacznie. Właściwie można powiedzieć, że wzmocnienie wzmacniacza różnicujący niezależne jest od częstotliwości sygnału wejściowego (wzmacnianego). Natomiast w przypadku wzmacniacza odwracającego częstotliwość wpływa znacznie na wartości współczynnika wzmocnienia.

---