1. Wstęp.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania podstawowych układów opartych na jednym wzmacniaczu operacyjnym. W ćwiczeniu tym zostały zbadane trzy układy wzmacniaczy:

1. wzmacniacz odwracający fazę,

2. wzmacniacz nieodwracający fazy,

3. wzmacniacz różnicowy.

Zostały sprawdzone takie parametry wzmacniacza, jak górna częstotliwość graniczna, wpływ elementów kompensujących na tą częstotliwość, wzmocnienie napięciowe dla podpunktów a), b) i c) oraz impedancja wejściowa.

2. Opracowanie wyników.

1. Wzmocnienie napięciowe.

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza jest to parametr określający, ile razy większe będzie napięcie na wyjściu od napięcia na wejściu układu wzmacniającego:

.

- Wzmacniacz odwracający fazę

Układ wzmacniacza odwracającego fazę.

Wzmocnienie napięciowe takiego układu wzmacniacza można obliczyć z wzoru:

Tabela pomiarowa

.

R1	R2	kU	U1	U2	kU'
kΩ		-	V		-
1	10	10	1,20	3,3	2,75
1	100	100	0,20	6,0	30,00
10	10	1	1,20	1,2	1,00
10	100	10	0,84	3,0	3,57

• Wzmacniacz nieodwracający fazy.

Układ wzmacniacza nieodwracającego fazy.

Wzmocnienie napięciowe wyraża się wzorem:

Tabela pomiarowa.

R1	R2	kU	U1	U2	kU'
kΩ		-	V		-
1	10	11	0,30	6,0	20,00
1	100	101	0,18	6,0	33,33
10	10	2	0,90	1,9	2,11
10	100	11	0,30	6,0	20,00

• Wzmacniacz różnicowy.

Układ wzmacniacza różnicowego.

Wzmocnienie tego wzmacniacza jest różnicą napięć U₁ i U₂ przemnożonych przez odpowiednie współczynniki:

Podczas, gdy k₁=k₂=k, czyli
:

Pomiarów dokonano dla stałych wartości R:

R₁=1 kΩ; R₂=10 kΩ; R₃=10 kΩ; R₄=1 kΩ.

Wzmocnienia napięciowe dla tych wartości rezystancji wynosi:

k₁=1; k₂=10.

Wzmocnienia napięciowe z pomiarów:

U₁=0 V; U₂=4,2 V; U₀= 6,0 V; k₂'=1,43,

U₂=0 V; U₁=1,0 V; U₀=11,6 V; k₁'=11,6.

2. Pomiar rezystancji wejściowej wtórnika napięciowego.

Układ do pomiaru rezystancji wejściowej.

Rezystancję wejściową wtórnika napięciowego można wyznaczyć korzystając z takiego układu w oparciu o wzór:

,

U_wy^O - napięcie na wyjściu przy otwartym kluczu K,

U_wy^Z - napięcie na wyjściu przy zamkniętym kluczu K.

Pomiarów dokonuje się przy stałym napięciu na wejściu.

Dla zamkniętego klucza U_wy^Z=3,0 V,

Dla otwartego klucza U_wy^O=1,7 V.

Moduł impedancji wejściowej dla częstotliwości napięcia wejściowego f=20 kHz wynosi: |Z|=1308 kΩ.

3. Pomiar górnej częstotliwości granicznej.

Górna częstotliwość graniczna jest to częstotliwość, przy której moduł wzmocnienia napięciowego |k_U| zmniejszy się o 3 dB od wartości maksymalnej :

.

Układ do pomiaru f_g.

Tabela pomiarowa.

C1=500 pF; C2=20 pF		C1=5 nF; C2=200 pF
f, kHz	Uwy, V	f, kHz	Uwy, V
20	6,4	50	4,5
50	6,4	60	5,0
100	6,4	70	5,2
140	6,4	80	5,4
150	5,8	90	5,8
160	4,8	100	6,0
170	4,5	150	6,2
180	4,3	170	6,0
200	3,4	190	5,0
250	2,6	200	4,0
300	2,2	250	3,0
400	1,5	300	2,4

Dla przypadku pierwszego górna częstotliwość graniczna f_g1=167 kHz, a dla drugiego f_g2=193 kHz.

3. Wnioski.

Podczas pomiaru wzmocnienia wystąpiła różnica pomiędzy wzmocnieniem wyliczonym na podstawie wzoru, a rzeczywistym wzmocnieniem napięciowym wzmacniacza. Inny moduł wzmocnienia jest spowodowany tym, że wzmacniacz operacyjny nie jest elementem idealnym, jak zakładano podczas wyprowadzania wzoru - jego wzmocnienie nie jest nieskończenie duże, rezystancja wejściowa nie jest nieskończenie wielka (wzmacniacz więc pobiera prąd z wejść) oraz rezystancja wyjściowa nie jest zerowa. Pomiaru dokonano przy maksymalnym napięciu wejściowym, przy którym wzmacniacz jeszcze nie zniekształcał sygnału. Zmierzona impedancja wejściowa wtórnika napięciowego jest w miarę duża, jednak nie zmienia to faktu, że ona istnieje.

Zmiana pojemności kompensujących ma wpływ na pasmo przenoszenia wzmacniacza operacyjnego. W pierwszym przypadku charakterystyka napięciowo-częsttliwościowa ma w miarę płaski kształt w zakresie pasma przewodzenia. Po zmianie kondensatorów kompensujących górna częstotliwość graniczna zwiększyła się, jednak charakterystyka stała się bardziej nierówna oraz prawdopodobnie zwiększyła się dolna częstotliwość graniczna. Często wymaga się, aby wzmacniacz miał stałe wzmocnienie w całym zakresie pasma przenoszenia, ale zdarza się, że potrzebny jest wzmacniacz, który potrafi wzmacniać napięcia o wysokich częstotliwościach.

6

Studia dzienne

Wydział Elektryczny

sem. IV 1999/00

Grupa: 2

Politechnika Śląska

w Gliwicach

Temat:

Wzmacniacz operacyjny

Sekcja 8

Henslok Adam

Jelonek Marcin

Piotrowski Szymon

Stolorz Adam

---