Podstawy elektroniki i techniki cyfrowej.

Ćwiczenie nr 6: Wzmacniacz operacyjny - zastosowania nieliniowe.

1. Detektor przejścia przez zero.

a) Aby zaobserwować charakterystykę statyczną układu podłączamy do niego oscyloskop. Wejście badanego układu podłączamy do kanału A oscyloskopu, a wyjście układu do B.

Po przełączeniu oscyloskopu do trybu pracy B/A możemy obserwować właśnie charakterystykę statyczną:

Na wejście układu podany został przebieg trójkątny o amplitudzie 10V

i częstotliwości 100Hz.

b) Natomiast tak wygląda kształt sygnału wyjściowego w stosunku do wejściowego:

Jako, że sygnał wejściowy podany jest na wejście „-” wzmacniacza, wyjściowy sygnał jest dodatkowo odwrócony w stosunku do wejściowego.

2. Detektor wartości szczytowej.

a) obserwacja przebiegu sygnału wyjściowego przy różnych kształtach i wypełnieniach przebiegu na wejściu (przy sygnale wejściowym o częstotliwości 200Hz i amplitudzie 10V):

(przebieg trójkątny, wypełnienie 50%)

(przebieg trójkątny, wypełnienie: 90%)

(przebieg prostokątny, wypełnienie: 50%)

(przebieg prostokątny, wypełnienie: 90%)

(przebieg sinusoidalny)

Obserwując wykresy zauważamy, że działanie układu polega na tym, że na wyjściu układu otrzymujemy napięcie równe wartości szczytowej przebiegu wejściowego. Im większa częstotliwość sygnału wejściowego tym lepiej (sygnał wyjściowy jest na wykresie bliski linii prostej). Przy mniejszych częstotliwościach pojawiają się spore zniekształcenia.

3. Ogranicznik amplitudy.

1. badamy charakterystykę statyczną układu:

Na wejście układu podany został przebieg trójkątny o amplitudzie 10V

i częstotliwości 200Hz.

2. zaobserwujmy kształt napięcia na wyjściu przy różnych kształtach i amplitudach napięcia wejściowego (częstotliwość sygnału: 200Hz):

(amplituda: 10V, przebieg sinusoidalny)

(amplituda: 3V, przebieg sinusoidalny)

(amplituda: 10V, przebieg trójkątny)

(amplituda: 3V, przebieg prostokątny)

Na podstawie powyższych wykresów stwierdzamy, że kształt sygnału wejściowego ulega zniekształceniu tylko wtedy, gdy amplituda sygnału jest większa od 3.3 V. Wynika to ze zbadanej wcześniej charakterystyki statycznej układu, która z kolei wynika z zastosowanych diod Zenera. Układ nazywamy ogranicznikiem amplitudy, ponieważ jeżeli na wejściu napięcie przekroczy określoną wartość (tu 3.3V) to napięcie wyjściowe jest ograniczane do właśnie tej wartości. Sygnał wyjściowy jest dodatkowo odwrócony w stosunku do wejściowego, co wynika z tego, że sygnał wejściowy podajemy na wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego.

3. po zmianie diody D1 na zwykłą diodę (1N4148) obserwujemy (sygnał we.: 15V, 200Hz):

Amplituda sygnał wyjściowego jest teraz ograniczana do około 3.3 V dla ujemnych wartości sygnału wejściowego i do około 11V, gdy sygnał wejściowy przyjmuje wartości dodatnie.

(sygnał wyjściowy nadal jest odwrócony w stosunku do wejściowego)

Wyjaśnia to kształt charakterystyki statycznej układu:

strona 2/6