Piotr Zając Rafał Gajewski Janusz Bojko Piotr Bik Adam Derewecki	ELEKTRONIKA	Grupa: 301	Zespół:	Ocena:
Temat: Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacze operacyjne znalazły szerokie zastosowanie w układach elektronicznych. Ze względu na szeroką możliwość realizowania funkcji i wysokie parametry.

Wzmacniacz operacyjny opisywany jest jako wzmacniacz prądu stałego, czy jak kto woli wzmacniacz o sprzężeniach bezpośrednich, który charakteryzuje się bardzo dużym wzmocnieniem, wejściem różnicowym (symetrycznym) i wyjściem asymetrycznym - są również wzmacniacze z wyjściem symetrycznym
   Wzmacniacz operacyjny służy podobnie jak inne wzmacniacze do wzmocnienia napięcia czy też mocy, różni się jednak od zwykłych wzmacniaczy tym, że w przeciwieństwie do nich sposób jego działania zależy głównie od zastosowanego zewnętrznego obwodu sprzężenia zwrotnego (najczęściej silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego).
   Na rysunku przedstawiony jest przykładowy symbol graficzny wzmacniacza operacyjnego. Wejście oznaczone znakiem "-" jest tak zwanym wejściem odwracającym (odwraca fazę sygnału wejściowego), wejście oznaczone znakiem "+" to wejście nieodwracające, po przeciwnej stronie znajduje się wyjście wzmacniacza (w tym przypadku końcówka nr 1). Aby na wejściach i wyjściu mogły występować napięcia zarówno dodatnie jak i ujemne to układ musi być zasilany napięciami dodatnim i ujemnym podawanymi na końcówki 4 i 11 (oczywiście dotyczy to tego typu wzmacniacza jak na rys. poniżej dla innych typów będą to inne numery końcówek).

Idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się bardzo dużym (dążącym do nieskończoności) wzmocnieniem napięciowym K_U, nieskończenie wielką impedancją wejściową Z_WE, impedancją wejściową Z_we= 0, i nieskończenie szerokim pasmem przenoszenia.

Do podstawowych parametrów wzmacniacza rzeczywistego zaliczamy:

1. wzmocnienie napięciowe różnicowe,

2. wzmocnienie napięciowe sumacyjne

3. współczynnik tłumienia sygnału tłumienia,

4. rezystancja (impedancja) sygnału sumującego,

5. rezystancja (impedancja) wejścia różnicowego,

6. rezystancja (impedancja) wejścia sumacyjnego,

7. rezystancja (impedancja) wyjściowa,

8. wejściowy prąd polaryzacji,

9. wejściowe napięcie nie zrównoważenia,

10. wejściowe prąd nie zrównoważenia,

11. dryfty: temperaturowy i czasowy napięcia wejściowego i prądu nie zrównoważenia,

12. szerokość pasma częstotliwości,

13. parametry odpowiedzi na skok: czas narastania, szybkość narastania przeregulowanie.

   Na rysunku pokazany jest najprostszy schemat zastępczy wzmacniacza operacyjnego.
   Na wejście odwracające doprowadzony jest sygnał U_I2, na wejście nieodwracające U_I1. Sygnał wejściowy występujący pomiędzy wejściami wzmacniacza jest nazywany sygnałem różnicowym U_d i jest równy różnicy sygnałów wejściowych U_I1- U_I2. Pomiędzy wejściami wzmacniacza występuje wejściowa rezystancja różnicowa R_d. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do wejściowego napięcia różnicowego U_d, a współczynnik K_u jest nazywany wzmocnieniem napięciowym wzmacniacza z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego (open loop gain). Napięcie na wyjściu wzmacniacza można więc opisać zależnością

U_O=K_u· (U_I1- U_I2)=K_u· U_d

Przebieg ćwiczenia :

Przeprowadziliśmy symulację układu odwracającego na programie PSpice Schematics

Przyjeliśmy:

Amplituda wejścia V₃ = 2 [V] napięcie zasilające V₁ = V₂ = 12 [V],

Częstotliwość f = 1000 [Hz]

R₁ = 33 [kΩ] , R₃ = 11 [kΩ]

Dla R₁=33kΩ sygnał wyjściowy został wzmocniony oraz odwrócony

wzmocnienie obliczyliśmy ze wzoru wzmocnienie = U_{wy j}/ U_wej = -2,936

jeżeli przyjmiemy że R₁ = 1 [Ω] to wzmocnienie jest = 0

Gdy zwiększyliśmy amplitudę wejściową do 20[V] to amplituda na wyjściu zostanie obcięta przy 11,963[V]

Wnioski

Wzmocnienie dla układu odwracającego, dla sprzężenia R=33kΩ. wyniosło około 95V/V a dla sprzężenia R=1Ω wyniosło 0 V/V. Jak widać im większy rezystor tym większe wzmocnienie co się potwierdza z teorią.

---