Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki

Laboratorium Podstaw Elektroniki

dla kierunku Automatyka i Robotyka

Temat ćwiczenia:

Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego

Ćwiczenie wykonano:

19.04.2012r., godz. 15.00

Grupa 5, sekcja 5:

Agnieszka Ziebura

Jacek Kałuża

Marcin Skiba

Gliwice 2012

Celem ćwiczenia było zobrazowanie charakterystyk wzmacniacza operacyjnego znajdującego
się w różnych konfiguracjach. Ćwiczenie zostało podzielone na cztery zadania.

Zadanie 1.
Badanie wzmacniacza operacyjnego odwracającego fazę.
Na wejście odwracające („-”) wzmacniacza podawaliśmy napięcie stałe. Wejście
nieodwracające („+”) podłączone jest do masy. Zastosowana jest pętla ujemnego sprzężenia
zwrotnego.

Rysunek 1

R

1

= 5k1, R

2

= 10k, R

3

= 5k1

Wykres 1

-15

-10

-5

0

5

10

15

-12

-7

-2

3

8

13

U

WY

[V]

U

WE

[V]

Charakterystyka wzmacniacza operacyjnego odwracającego

fazę:

Zadanie 2.
Badanie wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego fazy.
Na wejście nieodwracające („+”) wzmacniacza podawaliśmy napięcie stałe. Wejście
odwracające („-”) podłączone jest do masy. Zastosowana jest pętla ujemnego sprzężenia
zwrotnego.

Rysunek 2

R

1

= 5k1, R

2

= 10k, R

3

= 5k1

Wykres 2

-15

-10

-5

0

5

10

15

-7

-5

-3

-1

1

3

5

7

U

WY

[V]

U

WE

[V]

Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego

nieodwracajęcego fazy:

Zadanie 3.
Badanie wzmacniacza operacyjnego będącego w układzie stanowiącym komparator napięć
z pętlą histerezy.
Na wejście odwracające („-”) wzmacniacza podawaliśmy napięcie stałe, które zmienialiśmy
w zakresie od -2 V do 2 V. Na wejście nieodwracające („+”) podawaliśmy stałe napięcie U

N

,

które w naszym wypadku wynosiło 0 V. Wyjście połączono z masą poprzez dwie diody
Zenera (jedną spolaryzowaną w kierunku zaporowym, a drugą w kierunku przewodzenia).
Zastosowano także dodatnią pętlę sprzężenia zwrotnego.

Rysunek 3

R

1

= 5k1, R

2

= 10k, R

3

= 200k, R

4

= 5k1

Wykres 3

-7

-5

-3

-1

1

3

5

7

-2,5

-1,5

-0,5

0,5

1,5

2,5

U

WY

[V]

U

WE

[V]

Charakterystyka dyskryminatora napięcia z histerezą:

Przebieg dla
napięcia
progowego
UN2

Przebieg dla
napięcia
progowego
UN1

Zadanie 4.
Badanie wzmacniacza operacyjnego będącego w układzie stanowiącym ogranicznik napięcia
z diodami Zenera.
Na wejście odwracające („-”) wzmacniacza podawaliśmy napięcie stałe. Wejście
nieodwracające („+”) zostało zwarte do masy. Zastosowano pętlę ujemnego sprzężenia
zwrotnego z równolegle połączonymi diodami Zenera (jedną spolaryzowaną w kierunku
zaporowym, a drugą w kierunku przewodzenia) i rezystorem.

Rysunek 4

R

1

= 5k1, R

2

= 5k1, R

3

= 10k

Wykres 4

-6

-4

-2

0

2

4

6

-15

-10

-5

0

5

10

15

U

WY

[V]

U

WE

[V]

Charakterystyka ogranicznika napięcia z diodami Zenera:

Wnioski:

Układ pierwszy z rysunku nr 1 to wzmacniacz odwracający fazę. Wzmacnia on napięcie
podane na wejście odwracające fazę. Współczynnik wzmocnienia układu oblicza się ze

wzoru:

. Wykres nr 1, który uzyskaliśmy na podstawie pomiarów wykonanych

podczas badania wspomnianego układu, nie przechodzi przez punkt 0V (w naszym przypadku
przechodzi przez punkt -0,005V), co jest związane z wejściowym napięciem
niezrównoważenia.

Wzmacniacz ten na wyjściu nie może wystawić większego napięcia niż napięcie zasilania,
a więc od pewnego napięcia wejściowego wzmacniacz się nasyca i na wyjściu ustala się stała
wartość bliska napięciu zasilania. Można to zaobserwować na wykresie nr 1.

Układ nr 2 to wzmacniacz nieodwracający fazy (rysunek nr 2). Współczynnik wzmocnienia

tego układu wyznacza się wzorem:

. Również w tym przypadku możemy zauważyć

nasycanie się wzmacniacza oraz wpływ wejściowego napięcia niezrównoważenia na
przesunięcie charakterystyki U

WY

=f(U

WE

) (wykres nr 2).

Kolejnym układem, który badaliśmy był komparator napięcia z histerezą (rysunek nr 3).
Histereza realizowana jest poprzez dodanie sprzężenia zwrotnego. W zależności od
aktualnego napięcia na wyjściu, na wejściu nieodwracającym („+”) pojawia się inne co do
wartości napięcie progowe U

N

. Po przekroczeniu tego napięcia na wejściu odwracającym

(„-“) zmienia się napięcie na wyjściu na przeciwne. W konsekwencji zmienia się także
napięcie progowe U

N

na wejściu nieodwracającym („+”), co prowadzi do pojawienia się

histerezy. Napięcie histerezy zależy od głębokości dodatniego sprzężenia zwrotnego, czyli od

stosunku

. Napięcie na wyjściu jest ograniczone i jest sumą napięć Zenera

i przewodzenia diod ±(U

dz1

+ U

pdz2

), co również wpływa na napięcie histerezy.

Ostatnim z badanych układów był ogranicznik napięcia z diodami Zenera (rysunek nr 4).
Dopóki napięcie na R

3

jest mniejsze od sumy napięcia przewodzenia i napięcia Zenera diod,

to układ działa jak zwykły wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu

. Gdy napięcie na

rezystorze R

3

osiągnie wartość napięcia przewodzenia układu diod, to dalszy wzrost

wyjściowego napięcia jest związany z niezerowymi rezystancjami dynamicznymi diod, co
można zauważyć na wykresie nr 4.