Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych |
Skład grupy: Jarosław Jasiński Piotr Marteliński |
Wydział: elektryczny Rok: 2 Pon. Godz.11:15 Grupa: 3 Rok akad. : 2013/2014 |
---|---|---|
Laboratorium Podstaw Elektroniki | ||
Data ćw. : 18.11.2013 Nr ćwiczenia : 6 |
Temat: Wzmacniacz operacyjny – rzeczywiste parametry |
Ocena: Podpis: |
Cel ćwiczenia:
Poznanie specyfiki stosowania wzmacniacza operacyjnego (WO) oraz wartości jego parametrów. Warunki zasilania i kompensacji niezrównoważenia, pętle sprzężenia zwrotnego wyznaczające typ wynikowego przetwornika sygnałów, najprostsze układy pracy WO i metody ich badania.
Spis przyrządów:
Makieta wzmacniacza operacyjnego
Multimetr METEX MXD-4660A
Generator FG-8002
Oscyloskop PeakTech 2020GN 20MHz
Zasilacz ZSM-1/97 i ZNM-2/97
Wyniki pomiarów:
Wstępne badanie WO – kontrola jego sprawności.
6.3.1 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tabela 1 | Tabela 2 | Tabela 3 | ||||||
schemat A | Uoa | -2,17 mV | Uom+ | 13,960 V | Usup+ | 15,198 V | ||
schemat B | Uob | -11,07 mV | Uom- | -12,092 V | Usup- | -14,641 V | ||
schemat C | Uoc | 3,31 mV |
II. Wtórnik napięciowy
6.3.2 | ||||
---|---|---|---|---|
Tabela 4 | ||||
U typ [V] | -10 | -5 | 5 | 10 |
Ui [V] | -10,735 | -5,169 | 4,990 | 10,014 |
Uo [V] | -10,734 | -5,195 | 4,990 | 10,014 |
III. Wzmacniacz nieodwracający
6.3.4 | |
---|---|
Tabela 5 | |
Uio | -0,30 mV |
IV. Charakterystyka przejściowa, transmitancja i rezystancja wyjściowa układu
6.3.5 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tabela 6 | ||||||||||
Uo [V] | -12,093 | -12,093 | -12,093 | -10,307 | -4,999 | 4,123 | 9,795 | 13,815 | 13,815 | 13,815 |
Ui [V] | -6,947 | -4,275 | -2,384 | -1,8030 | -0,872 | 0,1244 | 1,7142 | 2,406 | 6,729 | 11,011 |
Tabela 7 | ||||||||||
Uo bez Rl | 9,763 V | |||||||||
Uo z Rl | 9,763 V |
V. Parametr SR
6.3.6 | ||||
---|---|---|---|---|
Tabela 8 | Tabela 9 | |||
tzn | 2,0 dz | SR+ | 0,63 | |
tzo | 2,3 dz | SR- | 0,54 | |
Uopp | 5,0 dz |
VI. Rezystancje
Tabela 10 | |
---|---|
10 kΩ | 9,914 kΩ |
680 Ω | 0,677 kΩ |
8,2 kΩ | 7,901 kΩ |
47 kΩ | 46,84 kΩ |
Przykładowe obliczenia:
Uo = Au(Ui+−Ui−) = > Uo = Au[(Uio−Iib+*R2)−(Uo−Iib−*R1)]
$\text{\ \ \ \ \ \ U}_{o} = \frac{A_{u}}{1 + A_{u}}\left\lbrack U_{\text{io}} - I_{ib +}*R2 + I_{ib -}*R1 \right\rbrack\ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \ U_{o} = U_{\text{io}} - I_{ib +}*R2 + I_{ib -}*R1$
Schemat A
Uo = Uio = −2, 17 mV
Schemat B
$U_{o} = U_{\text{io}} - I_{ib +}*R2\ \ \ = > \ \ I_{ib +} = \frac{U_{\text{io}} - U_{o}}{R2} = \frac{- 2,17\ mV - ( - 11,07\ mV)}{47\ 000\ \mathrm{\Omega}} = 190\ nA$
Schemat C
$U_{o} = U_{\text{io}} + I_{ib -}*R1\ \ \ = > \ \ I_{ib -} = \frac{U_{o} - U_{\text{io}}}{R1} = \frac{3,31\ mV - ( - 2,17\ mV)}{10\ 000\ \mathrm{\Omega}} = 548\ nA$
$I_{\text{ib}} = \frac{1}{2}\left( I_{ib -} + I_{ib +} \right) = \frac{1}{2}\left( 548\ nA + 190\ nA \right) = 369\ nA$
Iio = |Iib−−Iib+| = |548 nA−190 nA| = 358 nA
Uroz+ = Usup+ − Uom+ + 0, 6V = 15, 198 V − 13, 960 V + 0, 6 V = 1, 8 V
Uroz− = Usup− − Uom− − 0, 6V = −14, 941 V − (−12,092 V) − 0, 6 V = −3, 4 V
Transmitancja przy wtórniku $k_{u} = \frac{U_{o}}{U_{i}} = \frac{4,990\ V}{4,990\ V} = 1,000\ \frac{V}{V}$
Transmitancja $k_{\text{uof}} = \frac{U_{i}}{U_{o}} = \frac{9,795\ V}{1,7142\ V} = 5,7\ \frac{V}{V}$
Uom+ = 13, 815 V Uom− = −12, 093 V
Parametr SR
$$\text{SR}_{+} = \frac{U_{\text{opp}}}{t_{\text{zn}}} = \frac{U\ dz*Cy\frac{V}{\text{dz}}}{t\ dz*Ct\frac{\text{µs}}{\text{dz}}} = \frac{5,0\ dz*5\frac{V}{\text{dz}}}{2,0\ dz*20\frac{\text{µs}}{\text{dz}}\ } = \frac{25\ V}{40\ us} = 0,63\frac{V}{\text{µs}}$$
$$\text{SR}_{-} = \frac{U_{\text{opp}}}{t_{\text{zo}}} = \frac{U\ dz*Cy\frac{V}{\text{dz}}}{t\ dz*Ct\frac{\text{µs}}{\text{dz}}} = \frac{5,0\ dz*5\frac{V}{\text{dz}}}{2,3\ dz*20\frac{\text{µs}}{\text{dz}}\ } = \frac{25\ V}{46\ us} = 0,54\frac{V}{\text{µs}}$$
Charakterystyka wtórnika układu:
Charakterystyka przejściowa układu:
Zestawienie obliczeń teoretycznych z wynikami pomiarów:
Tabela 11 | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|Uio| [mV] | Iib+ [nA] | Iib- [nA] | kuof [V/V] | Uoo [mV] | Uom+ [V] | Uom- [V] | |||
Teoretyczne obliczenia | 2 | 70 | 90 | 5,7 | -0,39 | 13,960 | -12,092 | ||
Praktyczne obliczenia | 2,17 | 190 | 548 | 5,7 | -0,30 | 13,815 | -12,093 |
Wnioski:
Po przeprowadzeniu badania według schematów a,b i c można łatwo obliczyć Uio oraz prądy Iib+ ,Iib-. Porównując obliczenia przed zajęciami z obliczeniami powstałymi z wyników pomiarów można zauważyć, że Uio jest bliskiej wartości obliczonej, natomiast prądy Iib+ ,Iib- są znacząco większe. Transmitancja wyliczona na podstawie charakterystyki przejściowej z części liniowej jest równa co do wartości z transmitancją obliczoną przed zajęciami. Napięcia niezrównoważenia są na bliskim sobie poziomie – różnica między nimi wynosi około 0,1 mV. Napięcia Uom+ i Uom- są również na bliskim sobie poziomie, przy dodatnim potencjale różnica wynosi około 0,15 V, natomiast potencjał ujemny praktycznie jest taki sam.