TECHNIKUM ELEKTRONICZNE	Pracownia elektroniczna			Rok szkolny: 2000/2001
Piotr Szczerzyński	Temat: Badanie wzmacniaczy operacyjnych
		Nr ćwiczenia: 6	Nr stanowiska: 1	Wykonano dnia: 27.10.2000
Kl: 4D Grupa: 2	Oddano dnia: 3.11.2000	Ocena:	Podpis:

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z działaniem praktycznym wzmacniaczy operacyjnych. Poznanie układów pracy wzmacniacza operacyjnego. Nabycie umiejętności posługiwania się katalogiem.

2. Przebieg ćwiczenia:

Obiektem badań były układy wzmacniaczy operacyjnych. Zadaniem było wyznaczenie ( na podstawie otrzymanych pomiarów ) charakterystyk Ku=f(f) i Ku=f(Uwe) dla każdego z badanych układów.

3. Spis urządzeń:

• Oscyloskop OS-9020 A

• Generator RC MX 2020

• układy wzmacniaczy operacyjnych

• Multimetr MAXCOM MX-620

4. Układ pomiarowy nr.1:

Tabele pomiarowe:

1. Do układu dołączamy sygnał Uwe=const=62mV. Zmieniając częstotliwość napięcia wejściowego Uwe w zakresie od ok. 20Hz do 220 kHz, dokonujemy pomiarów napięcia wyjściowego Uwy.

Wzmocnienie napięciowe danego układu, dla danej częstotliwości napięcia wejściowego możemy obliczyć za pomocą poniższego wzoru:

Pomiary dla Uwe=const.=62mV

f	Uwy	Ku
[Hz	[V]	[V/V]
20	0,46	7,419
40	0,46	7,419
104	0,48	7,741
400	0,47	7,58
663	0,45	7,258
933	0,44	7,096
2300	0,38	6,129
7600	0,32	5,161
66300	0,22	3,548
102200	0,16	2,58
217000	0,09	1,451

Na podstawie pomiarów wyznaczamy charakterystykę Ku=f(f)

2. Do układu dołączamy sygnał o częstotliwości f=const.=212 Hz. Zmieniając napięcie wejściowe Uwe notujemy zmiany nap wyjścowego Uwy.

Pomiary dla f=const.=212Hz

Uwe	Uwy	Ku
[mV]	[mV]	[mV/mV]
62,5	67,5	1,08
80	85	1,062
320	327	1,021
430	437	1,016
652	660	1,012
850	857	1,008

Na podstawie pomiarów wyznaczamy charakterystykę Ku=f(Uwe)

5. Układ pomiarowy nr.2:

Tabele pomiarowe:

1. Do układu dołączamy sygnał Uwe=const=62mV. Zmieniając częstotliwość napięcia wejściowego Uwe w zakresie od ok. 20Hz do 65 kHz, dokonujemy pomiarów napięcia wyjściowego Uwy.

Pomiary dla Uwe=const.=62mV

f	Uwy	Ku
[Hz	[V]	[mV/mV]
20	4,5	72,58
40	4,5	72,58
100	4,5	72,58
1120	4	64,516
3500	1,3	20,967
7800	0,6	9,677
24800	0,1	1,612
65000	0,075	1,209

Na podstawie pomiarów wyznaczamy charakterystykę Ku=f(f)

2. Do układu dołączamy sygnał o częstotliwości f=const.=212 Hz. Zmieniając napięcie wejściowe Uwe notujemy zmiany nap wyjścowego Uwy.

Pomiary dla f=const.=586Hz

Uwe	Uwy	Ku
[mV]	[V]	[mV/mV]
60	4,4	73,333
85	6,4	75,294
150	10	66,666

Powyżej napięcia Uwe=150mV występują duże zniekształcenia nieliniowe, co jest następstwem podania zbyt dużego sygnału wejściowego.

Na podstawie pomiarów wyznaczamy charakterystykę Ku=f(Uwe)

6. Opracowanie ćwiczenia:

1. Na podstawie pomiarów wyznaczamy charakterystyki Ku=f(f) i charakterystyki Ku=f(Uwe) dla obu układów ( wszystkie charakterystyki zamieszczone są na końcu ).

b) Wiadomości o wzmacniaczach

Wzmacniacz operacyjny odnosi się do wzmacniaczy przeważnie o sprzężeniu bezpośrednim, dużym wzmocnieniu i z reguły przeznaczonym do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego. Głównie zewnętrzny obwód sprzężenia zwrotnego decyduje o właściwościach całego układu.

Rys. 1 Uproszczony schemat zastępczy

Wejście We1, oznaczone minusem, jest wejściem odwracającym, a wejście We2, oznaczone plusem - wejściem nieodwracającym. Jeżeli do wejścia odwracającego zostanie doprowadzone napięcie sinusoidalne, to przesunięcie fazowe między sygnałami wejściowym i wyjściowym będzie równe 180°. Przy doprowadzeniu tego napięcia do wejścia nieodwracającego przesunięcie wyniesie zero. Ważną właściwością wzmacniacza operacyjnego jest to, że gdy do obu jego wejść zostaną doprowadzone dwa identyczne sygnały, to sygnał na wyjściu powinien być równy zeru.

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien charakteryzować się:

• nieskończenie dużym wzmocnieniem napięciowym,

• nieskończenie dużą impedancją wejściową,

• zerową impedancją wyjściową,

• nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości,

• nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału.

Wzmacniacze operacyjne pracują najczęściej w układach ze sprzężeniem zwrotnym. W układach wzmacniających jest to sprzężenie napięciowe równoległe, z wyjścia na wejście odwracające. Sygnał natomiast może być doprowadzony do jednego lub drugiego wejścia, bądź też do obu wejść.

Rys. 2 Schemat wzmacniacza o konfiguracji odwracającej

Wpływ na pracę wzmacniacza maja: wejściowe napięcie niezrównoważenia oraz ich dryfty ( wszystkie zmiany składowych stałych napięć i prądów - np. wynikłe z niestałości punktu pracy - nie mogą być oddzielone od sygnału użytecznego i tworzą z szumami szkodliwe sygnały zakłócające. Są one określane mianem dryftu ). Rzeczywisty wzmacniacz nie jest idealnie symetryczny. Wskutek nieznacznych niesymetrii elementów na wyjściu układu powstaje niewielki sygnał niezrównoważenia, mimo, że do baz obu tranzystorów jest przyłożone jest jednakowe napięcie. Asymetrię można ocenić, wyznaczając wejściowe napięcie niezrównoważenia, czyli różnicę napięć wejściowych U_wen=U_we1 -U_we2 , która daje na wyjściu wzmacniacza zerową wartość napięcia, oraz wejściowy prąd niezrównoważenia I_wen=I_we1 - I_we2, czyli różnicę prądów wejściowych dających na wyjściu napięcie zerowe.

Wejściowe napięcie niezrównoważenia może być praktycznie wyeliminowane przez zastosowanie odpowiednich obwodów kompensacji. W przedstawionym układzie ( rys. 2 ) służy do tego potencjometr R_p. W celu zmniejszenia wpływu prądu niezrównoważenia stosuje się rezystor R3. Wartość jego rezystancji dobiera się tak, aby była ona równa rezystancji połączenia równoległego rezystorów R1 i R2. Napięcie i prąd niezrównoważenia zmieniają się jednak wraz ze zmianą temperatury, wywołując dryft napięcia na wyjściu wzmacniacza.

---