FMiI  

Rafał  Chudeusz  

Grupa  11  

 

Wzmacniacze  operacyjne  

Wzmacniacz  operacyjny  jest  to  element  wykonujący  wiele  operacji  matematycznych.  Jego  
historia   sięga   lat   pięćdziesiątych   ubiegłego   wieku.   Konstruowane   wtedy   układy   miały  
niewiele   wspólnego   z   tym   co   tworzy   się   w   dzisiejszych   czasach.   Stosowane   były   w  
urządzeniach   analogowych,   a   jedyną   funkcją   którą   spełniały   były   operacje   matematyczne  
takie  jak  dodawanie,  odejmowanie  i  całkowanie.    

A. Wzmacniacz  odwracający  
1) Pomiar  i  regulacja  wzmocnienia  napięciowego.  

 

 

 

 

Dla  następujących  wartości  U

we

 zczytujemy  wartości  U

wy

 :  

U

we

[V]  

0.1  

1  

10  

15  

U

wy

[V]  

-­‐0.981  

-­‐9.981  

-­‐14.117  

-­‐14.117  

 

Z  wyników  pomiarów  widzimy,  że  napięcie  wyjściowe  nie  może  przekroczyć  napięcia  
zasilania,  czyli  uzyskane  napięcie  jest  graniczną  wartością  (-­‐14.117V)  przy  której  pozostaje  

już  do  końca.  

Korzystając  ze  wzoru  wyznaczamy  wartość  wzmocnienia    napięciowego  dla  małych  napięć  
U

we

:  

 

 

Sprawdzamy  formułę: R

f

=100kΩ ; R

s

=10kΩ  

10  ≈9.981 i 9.81 więc taka zależność istnieje, formuła działa w naszym układzie.

Wzmocnienie możemy regulować modyfikując wartość sprzężenia zwrotnego ale przy
zwiększaniu R

f

musimy zwiększać R

s

ale i tak nie możemy przekroczyć napięcia

wyjściowego U

wy

=-14.117V.

2) Charakterystyka przejściowa.

Zauważamy, że U

we

w zakresie od -10 do ok. -1 wzmocnienie jest duże, później w zakresie od -1V

do 1V następuje zmiana. Otrzymane wartości z wykresu pokrywają się z wartościami otrzymanymi

wcześniej stąd stwierdzamy, że -14,117V oraz 14.117V to graniczne wartości napięcia

wyjściowego.

3) Charakterystyka częstotliwościowa.

Dla układu poniżej otrzymałem dwa wykresy, które znajdują się poniżej.

 

Z wykresu widać, że napięcie spada przy dużych częstotliwościach. Analizujący drugi
wykres dostrzec można, że napięcie wyjściowe jest przesunięte w fazie o 180° w stosunku
do napięcia wejściowego. Efektywny zakres pracy wzmacniacza to od1Hz do 100kHz.

B. Wzmacniacz  nieodwracający  

Schemat układu 049, poniżej.

Charakterystyka  przejściowa:  

Jak  widać,  napięcie  wyjściowe  podlega  zmianie  w  zakresie  od  -­‐21V  do  21V  dla  
napięcia  wejściowego  w  zakresie  4.1V  do  4.2V.  Dla  pozostałych  wartości  napięcia  
wejściowego  utrzymuje  się  na  stałym  poziomie  -­‐21V  oraz  21V.  Relacja  pomiędzy  
napięciami  w  momencie  gdy  zmienia  się  napięcie  wyjściowe  pod  wpływem  zmiany  
napięcia  wejściowego  jest  liniowa.

C. Sumator  analogowy  
1) Badanie  poprawności  dodawania  napięcia  pochodzącego  z  trzech  źródeł  

wejściowych.  

 

U

1

[V] U

2

[V] U

3

[V] U

wy

[V]

5

5

1

-12.211

5

50

-2

-14.117

-9

-12

-2

14.117

-9

5

3

1.122

Wyniki przedstawione są w tabeli powyżej. Wynika z niej, że gdy suma napięć
przekroczy napięcie zasilania(15V) wzmacniacza operacyjnego, napięcie wyjściowe
wyniesie -14.117V. Maksymalnym napięciem na wyjściu jakie możemy uzyskać jest
14.117V, czyli druga z granic amplitudy.

2) Opis  innych  układów  pracy  

a) Prosty  konwerter  D/A  

-Wyznaczam wartości napięć wyjściowych w zależności od napięć wejściowych.

(Opis w

tabeli nr 1)

-Wyznaczam wartości napięć wyjściowych w zależności od napięć wejściowych dla
zmienionej wartości rezystora sprzężenia zwrotnego z 10kΩ do 5kΩ.

(Opis w tabeli nr 2)

Tabela 1.

U

we

0.1V

1V

10V

15V

U

wy

-90.774V -934.475mV -9.371V -14.059V

Tabela 2.

U

we

0.1V

1V

10V

15V

U

wy

-44.873mV -466.724mV -4.685V -7.029V

W konwerterze mamy do czynienia z dzielnikiem napięć oraz z sumatorem. Na
każdym z widocznych kluczy (D0,D1,D2,D3) mamy różne napięcia, maleje na nich
napięcie ale wzrasta oporność. Tak jak w sumatorze napięcie wyjściowe nie może
przekroczyć napięcia zasilania (15V). Jeżeli włączymy kilka kluczy naraz to
otrzymamy sumę napięć włączonych kluczy.

Zależność pomiędzy napięciem

wyjściowym i wejściowym można określić jako liniową.

Możemy zauważyć, że

nastąpił wzrost napięć wyjściowych o 0.5 zgodnie z tym o ile zmniejszony został opór.

b) Prostownik  dwupołówkowy  

Przedstawiony powyżej układ jest „prostownikiem dwupołówkowym”, na wyjściu
otrzymujemy dodatnie połówki oraz ujemne odwrócone sinosuidalne napięcia. Gdy na
wejście podamy dodatnią połówkę sinusoidy na wyjściu wzmacniacza U1 mamy sygnał
ujemny, a na wyjściu wzmacniacza U2 po przejściu przez diodę Dp otrzymujemy
odwrócony sygnał czyli dodatnie napięcie. Gdy na wejście podamy ujemną połówkę
sinusoidy na wyjściu wzmacniacza U1 mamy sygnał dodatni po przejściu przez diodę Dn,
która kieruje sygnał na wejście nieodwracające wzmacniacza U2 otrzymujemy dodatnie
napięcie na wyjściu. Na wykresie napięcie wyjściowe jest zaznaczone kolorem niebieskim.

Podsumowanie:
Wzmacniacze mają szerokie zastosowanie w elektronice stosowane są głównie w:

• układach analogowych, gdzie wykonują operacje: dodawania, odejmowania, mnożenia, dzielenia,

całkowania i różniczkowania,

• wzmacniaczach logarytmicznych,
• generatorach sygnałów: prostokątnych, trójkątnych i sinusoidalnych,
• filtrach,
• detektorach liniowych i detektorach wartości szczytowej, układach próbkujących z pamięcią.
Chcąc stworzyć układ robiący określone operacje, wykonujemy różne kombinacje ze
wzmacniaczami operacyjnymi i innymi układami aby rozwiązać problem.