background image

 

1

Badanie wzmacniacza operacyjnego 

 
CEL: 

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości wzmacniaczy operacyjnych i komparatorów oraz możliwości 

wykorzystania ich do realizacji bloków funkcjonalnych poprzez dobór odpowiednich sprzężeń zwrotnych.  

 
PRZEBIEG ĆWICZENIA 
1.  

OGLĘDZINY 
Dokonać oględzin badanego wzmacniacza operacyjnego określając jego: 

°  typ, 
°  oznaczenie,  
°  topologię wyprowadzeń, 
°  rodzaj obudowy. 

 

Zaznajomić się z danymi katalogowymi badanego wzmacniacza operacyjnego. 

UWAGA:  Karta  katalogowa  badanego  wzmacniacza  operacyjnego  znajduje  w  odrębnej 
instrukcji. 
 
2.  

Pomiary  charakterystyk  przejściowych  i  parametrów  wzmacniacza 

operacyjnego w układzie odwracającym 
 

2.1. 

Wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza 

 
Dokonać  połączenia  układu  zgodnie  z  rysunkiem  1.  Wzmacniacz  zasilamy  z  zasilacza 
dwusekcyjnego ustawionego w tryb pracy szeregowej. Ustawić pokrętła Z

1

 w pozycji „2” a Z

2

 

w położeniu ”3”. Zmienić wartość napięcia podawanego na wejście We1 od wartości około –
12V  do  +12V    za  pomocą  potencjometru  P1.  Napięcie  wejściowe  zmieniać  z  krokiem 
dostosowanym  do  wzmocnienia  oraz  punktu  pracy  wzmacniacza.  Pomiary  powtórzyć  dla 
innych  nastaw  wartości  Z

1

,  Z

2

  podanych  przez  prowadzącego.  Wyniki  pomiaru  zapisać  w 

tabeli 1.  
UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze 

V1V2→ 20V. 

UWAGA:  Napięcie  zasilające  wzmacniacz  operacyjny  większe  niż 

±  18V  zazwyczaj 

powoduje jego uszkodzenie. 

 

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do badania wzmacniacza operacyjnego w układzie 

odwracającym 

background image

 

2

 

 

Tabela 1. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie 
odwracającym

 

Z

1

 -2 

U

We1

 [V] 

-12,0 

-11,0 

... 

... 

... 

... 

11,0 

12,0 

Z

2

 - 3 

U

Wy 

[V] 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

1

 - ... 

U

We1

 [V] 

-12,0 

-11,0 

... 

... 

... 

... 

11,0 

12,0 

Z

2

 - ... 

U

Wy 

[V] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
3.  

Pomiary  charakterystyk  przejściowych  i  parametrów  wzmacniacza 

operacyjnego w układzie nieodwracającym 
 

3.1. 

Wyznaczenie 

charakterystyki 

przejściowej 

wzmacniacza 

układzie 

nieodwracającym 
 
Dokonać połączenia układu zgodnie z rysunkiem 3. Ustawić pokrętła Z

1

 w pozycji „2” a Z

2

 w 

położeniu  „3”.  Zmienić  wartość  napięcia  podawanego  na  wejście  We1  od  wartości  około  –
12V  do  +12V    za  pomocą  potencjometru  P1.  Napięcie  wejściowe  zmieniać  z  krokiem 
dostosowanym  do  wzmocnienia  oraz  punktu  pracy  wzmacniacza.  Pomiary  powtórzyć  dla 
innych  nastaw  wartości  Z

1

,  Z

2

  podanych  przez  prowadzącego.  Wyniki  pomiaru  zapisać  w 

Tabeli 2.  

 

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze 

V1V2→ 20V. 

 

Rys.2. Schemat układu pomiarowego do badania wzmacniacza operacyjnego w układzie 

nieodwracającym 

 

 

Tabela 2. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie 
nieodwracającym

 

Z

1

 -2 

U

We1

 [V] 

-12,0 

-11,0 

... 

... 

... 

... 

11,0 

12,0 

Z

2

 - 3 

U

Wy 

[V] 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

3

Z

1

 - ... 

U

We1

 [V] 

-12,0 

-11,0 

... 

... 

... 

... 

11,0 

12,0 

Z

2

 - ... 

U

Wy 

[V] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

4.  

Pomiary  charakterystyk  przejściowych  i  parametrów  wzmacniacza  w 

układzie nieodwracającym – wtórnik 
 

4.1. 

Wyznaczenie 

charakterystyki 

przejściowej 

wzmacniacza 

układzie 

nieodwracającym -wtórnika 
 
Ustawić  pokrętła  Z

1

,  R

3

,  R

L

  w  pozycji  „∞”  a  Z

2

  w  położeniu  1  w  układzie  z  rysunku  2. 

Zmienić wartość napięcia podawanego na wejście We2 od wartości około –12V do +12V  za 
pomocą  potencjometru  P1.  Napięcie  wejściowe  zmieniać  z  krokiem    około  3V.  Wyniki 
pomiaru zapisać w Tabeli 3.  

 

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze 

V1V2→ 20V. 

 

Tabela 3. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego w układzie 
nieodwracającym - wtórnik

 

Z

1

 -∞ 

U

We1

 [V] 

-12,0 

-9,0 

... 

... 

... 

... 

9,0 

12,0 

Z

2

 - 1 

U

Wy 

[V] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

5.  

Komparator  
 

5.1. 

Wyznaczenie charakterystyki przejściowej komparatora bez histerezy 

 
Dokonać  połączenia  układu  zgodnie  z  rysunkiem  3.  Ustawić  pokrętła  Z

2

,  R

3

,  R

L

  w  pozycji 

„∞”  a  Z

1

  w  położeniu  „2”.  Wejście  We2  połączyć  z  +  wejściem  wzmacniacza  poprzez 

rezystor Rs1. Pomiędzy We2 a masę układu (⊥) doprowadzić napięcie  Udc1 wykorzystując 
zewnętrzny  układ  potencjometryczny  zasilany  napięciem  5V.  Napięcie  z  potencjometru 
wewnętrznego    P1  doprowadzić  do  wejścia  We1.  Napięcie  wejściowe  Udc1  ustawiać  z 
przedziału  0.5V  ÷  2V.  Zmienić  wartość  napięcia  podawanego  na  wejście  We2  od  wartości 
około  -12V  do  +12V  za  pomocą  potencjometru  P1.  Jednocześnie  odczytywać  napięcia 
wejściowe  i  wyjściowe  za  pomocą  woltomierzy  cyfrowych.  Wyniki  pomiarów  zapisać  w 
Tabeli 4.  

 

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze 

V1V2→ 20V. 

 

Tabela 4.  Wyznaczanie charakterystyki przejściowej komparatora bez histerezy 
 

U

we1

 [V] 

U

we2

 [V] 

U

wy

 [V]  

 

-12 

 

 

…. 

 

 

…. 

 

 

12 

 

background image

 

4

 

 

Rys.3. Schemat układu pomiarowego do badania komparatora bez histerezy 

 
5.2. 

W

YZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI PRZEJŚCIOWEJ KOMPERATORA Z HISTEREZĄ

 

 
W układzie pomiarowym z rys. 3 pokrętło R

3

 ustawić w położenie „1”. Napięcie wejściowe 

Udc1  ustawiać  z  przedziału  0.5V  ÷  2V.  Zmienić  wartość  napięcia  podawanego  na  wejście 
We2  od  wartości  około  -12V  do  +12V  za  pomocą  potencjometru  P1.  Jednocześnie 
odczytywać  napięcia  wejściowe  i  wyjściowe  za  pomocą  woltomierzy  cyfrowych.  Pomiary 
wykonywać  w  obie  strony  tzn.  od  -12V  do  +12V  a  następnie  od  +12V  do  -12V.  Pomiary 
powtórzyć dla pozycji „3” i „5” pokrętła R

3

. Zamienić miejscami doprowadzone napięcia tzn. 

napięcie Udc1 dołączyć do We2, a napięcie z potencjometru P1 dołączyć do We1 i powtórzyć 
wszystkie pomiary. Wyniki pomiarów zapisać w Tabeli 5.  

 

UWAGA: Zakresy pomiarowe: woltomierze 

V1V2

 

 20V. 

 

Tabela 5.  Wyznaczanie charakterystyki przejściowej komparatora z histerezą 
 

U

we1

 [V] 

U

we2

 [V] 

U

wy

 [V]  

 

-12 

 

 

… 

 

 

12 

 

 

12 

 

 

… 

 

 

-12 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. 

O

BLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW WZMACNIACZA OPERACYJNEGO

  

 

 

 

6.1  Obliczanie wzmocnienia napięciowego wzmacniacza odwracającego 

background image

 

5

 

Wzmocnienie  teoretyczne  wzmacniacza  operacyjnego  odwracającego  obliczamy  z 
zależności:  
 

1

2

u

Z

Z

k

=

 

 

 

 

 

Rzeczywiste  wzmocnienie  układu  obliczamy  na  podstawie  wyników  z  Tabeli  1  ze 
wzoru: 

1

WE

WY

u

U

U

k

=

 

 
 
 

6.2.

  

Obliczanie wzmocnienia napięciowego wzmacniacza nieodwracającego 

 

Wzmocnienie  teoretyczne  wzmacniacza  operacyjnego  nieodwracającego  obliczamy  z 
zależności:  
 

1

2

1

Z

Z

k

u

+

=

 

 

 

 

 

Rzeczywiste  wzmocnienie  układu  obliczamy  na  podstawie  wyników  z  Tabeli  2  ze 
wzoru: 

2

WE

WY

u

U

U

k

=

 

 
 
Sprawozdanie  
I. Część formalna: 

a)

  temat ćwiczenia laboratoryjnego, 

b)

  skład zespołu laboratoryjnego, 

c)

  data wykonania ćwiczenia. 

 

II. Część pomiarowa: 

a)

  schemat układu pomiarowego, 

b)

  dane katalogowe badanego wzmacniacza operacyjnego, 

c)

  wykaz przyrządów pomiarowych, 

d)

  wyniki pomiarów zestawione w tabelach. 

 

III. Część wynikowa: 

a)

  obliczenia parametrów wzmacniacza operacyjnego odwracającego: 

o

  rezystancja wejściowa R

WE

o

  rezystancja wyjściowa R

WY

o

  teoretyczne i rzeczywiste wzmocnienie napięciowe ku. 

 

b)

  charakterystyki przejściowe wzmacniacza operacyjnego odwracającego: 

o

  U

WY

 = f(U

WE1

)

background image

 

6

o

  k

u

 = f(U

WE1

)

o

  k

u

 = f(f) 

w skali logarytmicznej. 

 

c)

  obliczenia parametrów wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego: 

o

  rezystancja wejściowa R

WE

o

  rezystancja wyjściowa R

WY

o

  teoretyczne i rzeczywiste wzmocnienie napięciowe ku. 

 

d)

  charakterystyki przejściowe wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego i wtórnika: 

o

  U

WY

 = f(U

WE1

)

o

  k

u

 = f(U

WE1

)

o

  k

u

 = f(f) 

w skali logarytmicznej. 

 

e)

  charakterystyki przejściowe komparatora bez histerezy: 

o

  U

WY

 = f (U

WE1

), 

o

  U

WY

 = f (U

WE2

). 

 

f)

  charakterystyki przejściowe komparatora z histerezą: 

o

  U

WY

 = f (U

WE1

), 

o

  U

WY

 = f (U

WE2

). 

 
IV. Wnioski dotyczące: 

o

  porównania obliczonych rzeczywistych wartości wzmocnień napięciowych z 

wartościami teoretycznymi,  

o

  porównania obliczonych rzeczywistych wartości rezystancji wejściowych i 

wyjściowych z wartościami teoretycznymi, 

o

  porównania działania wzmacniacza nieodwracającego oraz  wtórnika, 

o

  porównania działania komparatora bez histerezy oraz z histerezą, 

o

  ogólne wnioski dotyczące wzmacniacza operacyjnego. 

 

Wymagania 
 

•  symbol, oznaczenie wzmacniacza operacyjnego, 
•  rodzaje wejść wzmacniacza operacyjnego, 
•  parametry idealnego wzmacniacza, 
•  wzmacniacz odwracający – schemat, zasada działania, wzmocnienie napięciowe, 
•  wzmacniacz nieodwracający – schemat, zasada działania, wzmocnienie napięciowe, 
•  wzmacniacz nieodwracający  w układzie wtórnika – schemat, zasada działania, 
•  wzmacniacz różnicowy – schemat, zasada działania, 
•  wzmacniacz sumujący – schemat, zasada działania, 
•  wzmacniacz całkujący– schemat, zasada działania, 
•  wzmacniacz różniczkujący – schemat, zasada działania, 
•  komparator bez histerezy – schemat, zasada działania, 
•  komparator z histerezą – schemat, zasada działania. 

 
 
 
 

 

background image

 

7

 

 

 

 

Tabela oporów i pojemności 
 

Z

Z

R

R

 Pozycja 

Wartość 

 Pozycja 

Wartość 

 Pozycja 

Wartość 

 Pozycja 

Wartość 

5 kΩ 

0 Ω 

20 Ω 

2 Ω 

10 kΩ 

10 kΩ 

50 kΩ 

5 kΩ 

15 kΩ 

20 kΩ 

100 kΩ 

10 kΩ 

20 kΩ 

50 kΩ 

200 kΩ 

20 kΩ 

25 kΩ 

100 kΩ 

500 kΩ 

 

 

30 kΩ 

200 kΩ 

1 MΩ 

∞ 

∞ Ω 

 

 

500 kΩ 

 

 

∞ 

∞ Ω 

1 MΩ 

∞ 

∞ Ω 

 

 

∞ 

∞ Ω 

C1 

0.1 µF 

C1 

0.1 µF 

C2 

1.0 µF 

C2 

1.0 µF 

C3 

10 µF 

C3 

10 µF 

  

R

s1

 

10 kΩ 

R

s2

 

300 kΩ 

R

s3

 

10 MΩ 

 
Literatura 

1.

  Nadachowski  M.,  Kulka  Z.:  „Scalone  układy  analogowe”  ,  WKiŁ,  Warszawa 

1985. 

2.

  Rusek  M.,  Pasierbiński  J.:  „Elementy  półprzewodnikowe:  układy  scalone  w 

pytaniach i odpowiedziach”

. WNT Warszawa 1999r. 

3.

  Nosal Z. Baranowski J.: „Układy elektroniczne. Cz. I. Układy analogowe liniowe”, 

WNT, Warszawa 2003. 

4.

  Horowitz P., Hill W.: „Sztuka elektroniki” Cz. I, WKiŁ, Warszawa 2003,