ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 8
WZMACNIACZ OPERACYJNY
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2011
ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 8
WZMACNIACZ OPERACYJNY
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2011
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
2
A. Cel ćwiczenia.
- Przedstawienie zachowania wzmacniacza operacyjnego
- Zasada ujemnego sprzężenia zwrotnego
- Wzmacniacz operacyjny, jako stabilizator napięcia
B. Część badawcza.
1) Przedstawienie zachowania nie podłączonego wzmacniacza operacyjnego.
Zestaw układ według rys. 1 :
Rys. 1. Wzmacniacz operacyjny jako komparator.
Zbuduj obwód zgodnie z powyższym schematem (jednakże bez R
3
, tzn. otwarta pętla).
a) Regulując napięciami U
1
i U
2
za pomocą potencjometrów R
1
: obserwuj napięcie
wyjściowe U
A
na oscyloskopie i na mierniku.
Określ jakie wartości napięcia U
2
powodują komparację napięcia U
A
na wyjściu dla trzech
różnych wartości napięcia U1.
Tabela 1
U
1
[V]
U
2
[V]
U
A
[V]
Wyjaśnij mechanizm zaobserwowanej komparacji.
R
1
R
1
R
2
R
2
R
3
U
2
U
1
U
A
+ 15 V
- 15 V
+
-
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
3
b)
Teraz
połącz
R
3
=
100
k
pomiędzy
wejściem
nieodwracającym
i wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Dla trzech różnych wartości napięcia U
1
określ
napięcie U
2
powodujące przełączenie napięcia wyjścia z +U
A
na –U
A
(lub odwrotnie).
Tabela 2
U
1
[V]
U
2
[V]
U
A
[V]
dla R
3
= 100 [k
]
c) Czynności z punktu b) wykonaj także dla układu, w którym R
3
zastąpimy R
11
=169 [k
].
Jak teraz zmieniła się pętla histerezy? Jak zmieniło się zachowanie komparatora?
Tabela 3
U
1
[V]
U
2
[V]
U
A
[V]
dla R
3
= 169 [k
]
d) Zestaw układ według rys. 2 :
Rys. 2. Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.
Podłącz kolejno w miejsce rezystora R
X
rezystory o wartości : 100 [k
], 47 [k
] i 22 [k
].
Rezystor R
X
jest podłączony pomiędzy wejście odwracające i wyjście wzmacniacza
operacyjnego.
Wyznacz i narysuj charakterystyki U
A
= f(U
1
) dla różnych wartości rezystancji przy U
2
=const.
Wartość U
2
dobierz tak, aby umożliwiała ona zmianę wartości U
A
w całym zakresie zmian
U
1
, dla wszystkich wartości rezystancji R
X
.
R
1
R
1
R
2
R
2
R
X
U
2
U
1
U
A
+ 15 V
- 15 V
+
-
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
4
Tabela 4
U
1
[V]
U
A
[V]
dla R
X
= 100 [k
]
Tabela 5
U
1
[V]
U
A
[V]
dla R
X
= 47 [k
]
Tabela 6
U
1
[V]
U
A
[V]
dla R
X
= 22 [k
]
Określ wartości wzmocnienia k
u
dla poszczególnych wartości rezystora sprzęgającego R
X
wykorzystując liniową część charakterystyk.
Jaki jest wpływ rezystora R
X
na wzmocnienie?
2) Regulowanie sygnałów sinusoidalnych.
Sprawdź czy układ zmontowany na tablicy odpowiada układowi z rys. 3 :
Rys. 3. Wzmacniacz operacyjny jako regulator sygnałów sinusoidalnych.
Podłącz generator funkcyjny i ustaw napięcie zmienne: U
2
= 1,5 V z częstotliwością f = 1
kHz. Ustaw potencjometr R
1
na wartość średnią. Nie podłączaj rezystora R
3
.
Podłącz U
2
i U
A
do oscyloskopu i przerysuj otrzymany wykres.
Regulując potencjometrem R
1
wykonaj wykres współczynnika wypełnienia W
W
w funkcji U
1
i U
A
.
R
1
R
2
R
2
R
3
U
2
U
1
U
A
+ 15 V
- 15 V
+
-
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
5
Tabela 7
W
W
U
1
U
A
dla R
2
= 2 x 33 [k
]
Tabela 8
W
W
U
1
U
A
dla R
2
= 2 x 47 [k
]
Podłącz rezystancję R
3
= 100 k
pomiędzy wejściem inercyjnym i wyjściem wzmacniacza.
Jak zmieni się charakterystyka napięcia wyjściowego ?
Przerysuj otrzymane wykresy napięcia wyjściowego dla trzech różnych wartości R
1
.
Wykonaj wykresy zakresu dopuszczalnych zmian U
1
i U
A
w funkcji R
3
, tak aby przebieg
wyjściowy nie był zniekształcony. Przyjmij następujące wartości R
3
: 22, 39, 47, 69, 100
i 122 [k
].
Tabela 9
R
3
[k
]
22
39
47
69
100
122
U
1
[V]
min
max
U
A
[V]
min
max
dla R
2
= 2 x 33 [k
]
Tabela 10
R
3
[k
]
22
39
47
69
100
122
U
1
[V]
min
max
U
A
[V]
min
max
dla R
2
= 2 x 47 [k
]
Wykonaj wykres k
u
w funkcji R
3
dla dwóch różnych wartości R
2
: 2x33 [k
] oraz 2x47 [k
].
Wartości R
3
przyjmij jak powyżej.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
6
C. Wyposażenie.
Elementy układu:
Wzmacniacz operacyjny LM 741 ....................................................................................... szt. 1
Dioda Zenera D
1
= ZPY 8.2 ................................................................................................. szt. 1
Potencjometr R
1
= 100 k
................................................................................................... szt. 2
Potencjometr R
2
= 10 k
..................................................................................................... szt. 1
Rezystor R
2
= 33 k
............................................................................................................ szt. 2
Rezystor R
3
= 100 k
.......................................................................................................... szt. 1
Rezystor R
4
= 47 k
........................................................................................................... szt. 2
Rezystor R
5
= 10 k
............................................................................................................ szt. 1
Rezystor R
6
= 33 k
............................................................................................................ szt. 1
Rezystor R
7
= 1,5 k
........................................................................................................... szt. 1
Rezystor R
8
= 1 k
.............................................................................................................. szt. 1
Rezystor R
9
= 330
............................................................................................................ szt. 1
Rezystor R
10
= 220
........................................................................................................... szt. 1
Rezystor R
11
= 470 k
......................................................................................................... szt. 1
Sprzęt pomiarowy:
Oscyloskop dwukanałowy .................................................................................................... szt. 1
Multimetr .............................................................................................................................. szt. 3
Źródło zasilania:
Zasilacz podwójny ............................................................................................................... szt. 1
Generator funkcyjny ............................................................................................................. szt. 1
Akcesoria:
Płyta montażowa .................................................................................................................. szt. 1
Komplet przewodów ............................................................................................................ szt. 1
D. Literatura.
1. Bruszewski Julian: ,,Komparatory napięcia i wzmacniacze operacyjne produkcji
NPCP CEMI”. Wydaw. Komunik. i Łączności, 1990
2. Korneta Andrzej: ,, Podstawy elektroniki”. Wyższa Szkoła Inżynierska, 1990
3. Kulka Zbigniew: ,,Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych”. Wydaw. Nauk. –
Techn., 1986
4. Kusy Andrzej: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Rzeszowskiej,
1996
5. Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002
6. Millman Jacob: ,,Układy scalone analogowe i cyfrowe”. Wydaw. Nauk. -Techn., 1976
7. Nowaczyk
Emilia:
,,Podstawy
elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn.
Wrocławskiej, 1995
8. Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw.
Politechn. Warszawskiej, 2003
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.
7
E. Zagadnienia do opracowania
1.
Własności idealnego wzmacniacza operacyjnego.
2.
Układ pracy wzmacniacza nieodwracającego.
3.
Układ pracy wzmacniacza odwracającego
4.
Dodatnie i ujemne sprzężenie zwrotne.