Politechnika Radomska

Wydział Transportu

LABORATORIUM

Układy Elektroniczne

Data:

Imię i Nazwisko:

Grupa:

Zespół:

Rok akademicki

Nr ćwiczenia: 1

Temat:

Badanie wzmacniacza operacyjnego.

Ocena i podpis:

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania wybranych wzmacniaczy operacyjnych i ich zastosowaniem.

Przebieg ćwiczenia:

Układy pomiarowe:

  1. Konwerter prąd-napięcie.

0x01 graphic

Schemat układu podstawowego konwertera prąd-napięcie.

  1. Układy ograniczników napięcia.

0x01 graphic

Symetryczny ogranicznik napięcia z diodami Zenera.

0x01 graphic

Schemat precyzyjnego jednostronnego nieodwracającego ogranicznika napięcia.

  1. Układy komparatorów napięcia.

0x01 graphic

Schemat układu dyskryminatora progowego (układ sumujący).

0x01 graphic

Schemat układu dyskryminatora progowego z histerezą (układ różnicowy).

Tabele pomiarowe:

1.Konwerter prąd-napięcie.

Dla R=15kΩ

Uwe

[ V ]

0,54

1,5

3,03

4,45

5,95

7,04

8,9

10,37

11,83

12,82

12,81

12,8

Uwy

[ V ]

9,3

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

I

[mA]

0,044

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,2

0x01 graphic

Dla R=3kΩ

Uwe

[ V ]

0,38

0,69

0,95

1,27

1,57

1,85

2,16

2,45

2,76

3,01

3,7

Uwy

[ V ]

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

9,35

I

[mA]

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0x01 graphic

2.Symetryczny ogranicznik napięcia z diodami Zenera

Dla R1=1.5kΩ, R2=15kΩ

Uwe

[ V ]

7,28

7,28

7,24

7,23

7,22

7,21

7,2

7,19

7,18

7,16

7

Uwy

[ V ]

-10,53

-7,25

-6,4

-5,45

-4,66

-4,06

-3,32

-2,95

-2,6

-2

-1,03

3,28

-1,29

-7,3

-7,36

-7,3

-7,39

-7,4

-7,41

-7,42

-7,42

-7,43

-7,43

-7,43

-0,43

0,019

1,23

2,5

3,25

4,47

5,59

6,52

7,87

8,3

9,04

9,35

9,46

0x01 graphic

Dla R1=1.5kΩ, R2=3kΩ

Uwe

[ V ]

7,25

7,24

7,23

7,22

7,2

7,17

7,1

6,97

6,7

6,12

3,87

Uwy

[ V ]

-10

-8,9

-8,01

-7

-6,04

-5,16

-4,13

-3,8

-3,5

-3,25

-2,1

3,8

1,64

0,88

-0,27

-1,08

-2,57

-4,48

-6,24

-7,29

-7,35

-7,31

-7,4

7,41

-1,7

-1

-0,59

-0,011

0,38

1,13

2,11

3

4

5,2

6,28

8,17

9,64

0x01 graphic

Dla R1=5Ω, R2=3kΩ

Uwe

[ V ]

5,82

5,75

5,64

5,26

5,04

4,6

3,8

3,39

2,8

2,3

1,71

Uwy

[ V ]

-10

-9,87

-9,69

-9

-8,67

-7,94

-6,71

-5,92

-4,94

-4,2

-3,11

1

0,47

0,16

-0,28

-0,45

-0,79

-1,29

-1,62

-2,05

-2,57

-3,14

-3,92

-4,58

-2

-1

-0,47

0,21

0,5

1,1

2

2,45

3,20

4,04

5

6,3

7,42

-4,59

-5,19

-5,79

-6,22

7,6

8,43

9,46

10,16

0x08 graphic
0x08 graphic
0x01 graphic

Dla R1=5kΩ, R2=15kΩ

Uwe

[ V ]

7,19

7,19

7,18

7,17

7,16

7,16

7,11

7,01

5,88

2,94

1,33

Uwy

[ V ]

-10,17

-9,02

-8,5

-7,5

-6,1

-5

-4

-3,13

-2

-1,08

-0,54

0,12

-0,59

-3,96

-6,7

-7,26

-7,34

-7,35

-735

-7,37

-0,14

0,093

1,2

2,16

3,7

6,5

7,6

9

10,04

0x01 graphic

3.Jednostronny nieodwracający ogranicznik napięcia.

Dla R1=1kΩ, R2=15kΩ

Uwe

[ V ]

-0,02

-0,02

1,32

6,5

8,59

14,27

14,26

Uwy

[ V ]

-10,5

-0,87

0,18

0,5

0,63

1

1,29

0x01 graphic

Dla R1=1kΩ, R2=3kΩ

Uwe

[ V ]

-0,02

-0,01

3,1

4,61

8,21

12,23

13,93

13,9

13,86

13,86

Uwy

[ V ]

-10,18

0,047

0,62

1,25

2,1

3,15

3,64

4,51

6

10

4.Układ dyskryminatora progowego (układ sumujący).

Dla R1=1.5kΩ, R2=5kΩ, R3=1kΩ

Uwe

[ V ]

15,12

15,12

7,8

-6,4

-6,9

-0,7

-0,75

-0,77

-0,77

Uwy

[ V ]

-10,17

-5,9

-5,4

-4,7

-3,4

-2,26

0,65

3,4

10

5.Układ dyskryminatora progowego z histerezą (układ różnicowy).

Dla R1=5kΩ, R2=2,7kΩ, R3=10Ω, R4=820Ω

Uwe

[ V ]

7,43

7,43

7,43

-7,33

-7,43

-7,32

-7,33

-7,33

-7,34

Uwy

[ V ]

-10,4

-4,86

-3,6

3,65

0,27

4,5

7,25

9

10

Przed przystąpieniem do pomiarów należało zrównoważyć wzmacniacz

  1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza:

Tabela pomiarowa:

dla k=10.

Uwe[V]

0,17

0,3

0,5

0,65

0,7

0,75

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

Uwy[V]

1,7

3,0

5,0

6,5

7,0

7,5

7,8

8,5

9,0

9,5

10,0

10,2

0x08 graphic
Charakterystyka przejściowa Uwy = f (Uwe)

Tabela pomiarowa:

dla k=1.

Uwe[V]

0,1

0,2

0,4

0,6

0,7

1,0

1,1

1,2

1,3

1,5

Uwy[V]

0,1

0,2

0,4

0,6

0,7

1,0

1,1

1,2

1,3

1,5

Charakterystyka przejściowa Uwy = f (Uwe)

0x08 graphic

Tabela pomiarowa:

dla k=0,1.

Uwe[V]

0,1

0,2

0,4

0,6

0,7

1,0

1,1

1,2

1,3

1,6

Uwy[mV]

10

20

40

60

70

100

110

120

130

160

Charakterystyka przejściowa Uwy = f (Uwe)

0x08 graphic

  1. Wyznaczenie charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza:

a). Układ bez inercji (bez kondensatora CF).

dla k=0,1.

Tabela pomiarowa:

f [kHz]

1

10

100

160

200

300

Uwe=1V

Uwy [V]

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

f [kHz]

400

500

600

700

800

900

Uwy [V]

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

Charakterystyka częstotliwościowa Uwy = f (f) przy Uwe = 1V = const.

0x08 graphic

0x08 graphic
Charakterystyka częstotliwościowa ku = f (f) przy Uwe = 1V = const.

dla k=1.

Tabela pomiarowa:

f [kHz]

1

10

100

160

200

300

400

Uwe=1V

Uwy [V]

1

1

1

0,91

0,881

0,728

0,586

f [kHz]

500

600

700

800

900

1000

1100

Uwy [V]

0,476

0,426

0,346

0,326

0,296

0,246

0,224

Charakterystyka częstotliwościowa Uwy = f (f) przy Uwe = 1V = const.

0x08 graphic

0x08 graphic
Charakterystyka częstotliwościowa ku = f (f)

dla k = 10.

Tabela pomiarowa:

F [kHz]

1

10

11

20

30

40

Uwe=1V

Uwy [V]

10

10

9,3

8

6,4

5,4

F [kHz]

50

60

70

80

90

100

Uwy [V]

4,58

4,2

3,6

3,3

3

2,8

0x08 graphic
Charakterystyka częstotliwościowa Uwy = f (f) przy Uwe = 1V = const.

0x08 graphic
Charakterystyka częstotliwościowa ku = f (f)

b). Układ z inercją (z kondensatorem CF).

dla k=0,1.

Tabela pomiarowa:

f [kHz]

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

1,2

Uwe=1V

Uwy [V]

0,1

0,097

0,093

0,091

0,087

0,079

f [kHz]

1,6

2

3

4

6

8

Uwy [V]

0,071

0,064

0,05

0,042

0,031

0,026

Charakterystyka częstotliwościowa Uwy = f (f) przy Uwe = 1V = const.

0x08 graphic

Charakterystyka częstotliwościowa ku = f (f)

0x08 graphic

dla k=1.

Tabela pomiarowa:

f [kHz]

0,1

0,3

0,6

0,8

1

2

Uwe=1V

Uwy [V]

1

0,95

0,92

0,88

0,83

0,66

f [kHz]

3

4

6

8

10

11

Uwy [V]

0,5

0,4

0,3

0,25

0,2

0,18

0x08 graphic
Charakterystyka częstotliwościowa Uwy = f (f) przy Uwe = 1V = const.

0x08 graphic

0x08 graphic

Charakterystyka częstotliwościowa ku = f (f)

dla k=10.

Tabela pomiarowa:

f [kHz]

0,1

0,4

0,5

0,6

0,8

0,9

1

Uwe=1V

Uwy [V]

10

9,73

9,5

9,3

8,9

8,7

8,5

f [kHz]

1,5

2

2,6

3

4

6

10

Uwy [V]

7,03

6,33

5,3

5

4,2

3,02

2,1

0x08 graphic
Charakterystyka częstotliwościowa Uwy = f (f) przy Uwe = 1V = const.

Charakterystyka częstotliwościowa ku = f (f)

0x08 graphic

  1. Wyznaczenie charakterystyki dynamicznej wzmacniacza (odpowiedź skokowa):

dla k = 1.

0x08 graphic

Wnioski i spostrzeżenia:

  1. Wyznaczając charakterystykę przejściową Uwy = f (Uwe), zauważyliśmy, że wraz ze wzrostem wzmocnienia k charakterystyka ta ulega zakrzywieniu (dla k = 0,1;1 jest ona liniowa, zaś dla k = 10 uległa ona zakrzywieniu).

  2. Wyznaczając charakterystyki częstotliwościowe zauważyliśmy, że wartość wzmocnienia k wzmacniacza operacyjnego jest stała, lecz w określonym paśmie częstotliwości.

  3. Pasmo częstotliwości jest tym szersze im mniejsze jest wzmocnienie k. Dla k = 0,1 ( -20dB ) przenoszone są częstotliwości rzędu MHz, dla k = 1 ( 0dB ) pasmo to zawiera się w przedziale f ∈ (0;125)kHz, zaś dla k = 10 ( +20dB ) pasmo to jest wąskie f ∈ (0;12,5)kHz.

  4. Włączenie w tor sprzężenia zwrotnego kondensatora CF powoduje zmniejsze-nie pasma częstotliwości, ponieważ powstaje nam wtedy zamodelowany na wzmacniaczu operacyjnym człon inercyjny I rzędu o transmitancji operatoro-wej 0x01 graphic
     . Teoretycznie wiadomo, że dla częstotliwości mniejszych od 0x01 graphic
     wzmocnienie k jest stałe, zaś dla częstotliwości większych od 0x01 graphic
    występuje tłumienie wzmocnienia o 20dB/dek.

  5. Zauważyliśmy także, że dla układu z inercją pasmo przenoszenia jest stałe {f ∈(0;1,6)kHz} dla wzmocnienia 0,1; 1; 10.

  6. Wzmacniacz rzeczywisty ma ograniczoną wartość wzmocnienia i pasmo przenoszenia.

1

0x01 graphic

Uwy [V]

Uwe [V]

k = 10

0x01 graphic

Uwe [V]

Uwy [V]

0x01 graphic

Uwy [V]

Uwe [V]

k = 1

k = 0,1

0x01 graphic

f [kHz]

Uwy [V]

k = 0.1 przy

Uwe = 1V = const

0x01 graphic

f [kHz]

Uwy [V]

k = 1 przy

Uwe = 1V = const

0x01 graphic

f [kHz]

Uwy [V]

k = 10 przy

Uwe = 1V = const.

f [kHz]

Uwy [V]

0x01 graphic

0x01 graphic

k = 0.1 przy

Uwe = 1V = const

Uwy [V]

f [kHz]

k = 1 przy

Uwe = 1V = const

k = 10 przy

Uwe = 1V = const.

f [kHz]

Uwy [V]

0x01 graphic

273 mV

Uwe

Uwy

237mV

189,6mV

ΔT = 202μs

0.9⋅237 = 213,3mV

0.1⋅237 = 23,7mV

0x01 graphic

f ∈ (0;1000)kHz

k [dB]

f [Hz]

f ∈ (0;125)kHz

f [Hz]

-20dB

f ∈ (0;1,6)kHz

Δk = 3dB

f [Hz]

k [dB]

0x01 graphic

-20dB

f ∈(0;12,5)kHz

Δk = 3dB

f [Hz]

k [dB]

0x01 graphic

k [dB]

0x01 graphic

0x01 graphic

f ∈(0;1,6)kHz

Δk =3dB

f [Hz]

k [dB]

0x01 graphic

f [kHz]

f ∈(0;1,6)kHz

Δk =3dB

-20dB

0x01 graphic

k [dB]