Wzmacniacze operacyjne

Nazwa wzmacniacze operacyjne dotyczy dużej grupy analogowych układów elektronicznych (obecnie w wykonaniu scalonym) wykorzystywanych wykorzystywanych w różnych układach wykorzystywanych urządzeniach elektronicznych. Są to wzmacniacze napięcia stałego, pracujące z odpowiednimi układami ujemnych sprzężeń zwrotnych. W zależności od dodatkowych obwodów sprzężeń zwrotnych wzmacniacz operacyjny może dokonywać operacji dodawania, odejmowania, całkowania, różniczkowania, logarytmowania i wielu innych. Pierwsze wzmacniacze operacyjne realizowane były z elementów dyskretnych dyskretnych i ich właściwości bardzo odbiegały od nowoczesnych, półprzewodnikowych, wykonywanych w technice scalonej. Zakres ich zastosowań został znacznie rozszerzony - od układów wyspecjalizowanych do układów powszechnego użytku.

Schemat wzmacniacza operacyjnego przedstawiono na rys. 1. Idealny wzmacniacz operacyjny powinien mieć następujące właściwości:

• Nieskończona rezystancja wejściowa Rwe;

• Zerowa rezystancja wyjściowa Rwy;

• Nieskończone wzmocnienie Ku;

• Nieskończone pasmo częstotliwości;

• Zerowy dryft.

W praktyce uzyskuje się bardzo duże wartości rezystancji wejściowej, wzmocnienia, pasma częstotliwości.

Pomiar własności wzmacniacza dla prądu stałego

(pomiar wzmocnienia napięciowego)

• Dla wzmocnienia 1

Lp.	Uwe	Uwy
	V	V
1	-13,44	13,44
2	-7,25	7,25
3	-4,24	4,24
4	-2,73	2,73
5	0	0
6	2,04	-2,04
7	4,05	-4,05
8	7,42	-7,42
9	9,63	-9,63




• Dla wzmocnienia 10

Lp.	Uwe	Uwy
	V	V
1	-2,17	14,31
2	-1,7	14,31
3	-1,4	13,98
4	-1,16	11,54
5	-0,92	9,2
6	-0,58	5,78
7	-0,22	2,2
8	0	0
9	0,35	-3,56
10	0,63	-6,31
11	0,93	-9,3
12	1,3	-12,91
13	1,5	-12,97




Powyższe wykresy pokazują zależność między napięciem wejściowym a wyjściowym. Oba wykresy przedstawiają funkcję malejącą. Jest to spowodowane faktem, iż wzmacniacz jest wzmacniaczem odwracającym. W pierwszym przypadku (dla wzmocnienia 1) wykres przebiega pod kątem -Л/4 do osi Uwe. W drugim przypadku (wzmocnienie 10) wykres jest bardziej interesujący. Wykres początkowo przebiega podobnie ja w przypadku pierwszym, choć pod innym kątem. Jednakże, gdy Uwy zbliża się do wartości +15/-15 V wykres przechodzi w linię poziomą. Mimo dalszego zwiększania wartości bezwzględniej Uwe, Uwy nie rośnie. Jest to związane z budową wzmacniacza.

Wykorzystanie wzmacniacza do wykonywania dodawania

Kolejnym zadaniem było wykorzystanie układu wzmacniaczy do wykonania funkcji opisanej równaniem y=2*x1-x2.

Układ został wykorzystany do przeprowadzenia obliczeń dla trzech kombinacji sygnałów wejściowych. Sygnały te zostały przedstawione w tabelce razem z wynikiem wskazywanym przez woltomierz.

Lp.	1	2	3
x1	-5	5	5
x2	-5	-5	5
y	-5,37	14,32	5,21

Jak widać układ wykonuje swe zadanie poprawnie (niewielki błędy wynikają z niedoskonałości elementów układu i przyrządów pomiarowych). Jak widać w przypadku drugim ponownie obserwujemy zjawisko zaobserwowane przy badaniu wzmacniacze dla wzmocnienia 10 (stąd błąd w wyniku).

Obliczanie wartości Uε

Następnym punktem było wyznaczenie wartości Uε. Wykorzystuje się tu następujące zależności:

Uε = Uwe - Usp;

Usp = βf*Uwy

Uwy = Uε*Ku

Stąd:




Wypadkowe wzmocnienie Ku1 wzmacniacza ze sprzężeniem ujemnym jest mniejsze niż układu bez sprzężenia i określa go zależność:




Jeśli podzielimy licznik i mianownik wyrażenia przez Ku, to otrzymamy:




Ponieważ wzmocnienie Ku jest rzędu stu tysięcy, to człon 1/Ku jest pomijalnie mały a zatem:




A zatem:




Aby uzyskać liczbową wartość Uε wystarczy podstawić dowolny zestaw wartości uzyskanych podczas badania wzmacniacza, np.:

Uwe = 1,3V

Uwy = 12,91V

Ku1 = 10

Wówczas Uε = 1,3-12,91/10=0,009V.

---