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