Politechnika Krakowska im. T. Kościuszki Laboratorium elektroniki				WIEiK
Ćw. nr 3 WZMACNIACZE OPERACYJNE				Data wyk. Ćw.
WYKONALI: Marek Gaworczyk Mirosław Hebda Krzysztof Hosaja Andrzej Idzi Radosław Jarosz	GRUPA 32	ZESPÓŁ 3	Ocena:	Podpis:

Pojęcie wzmacniacz operacyjny odnosi się do wzmacniaczy przeważnie o sprzężeniu bezpośrednim, dużym wzmocnieniu i z reguły przeznaczonych do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego. Zewnętrzny obwód sprzężenia zwrotnego decyduje głównie o właściwościach całego układu.

Wzmacniacze operacyjne są najbardziej rozpowszechnionym analogowym układem elektronicznym, realizowanym w postaci monolitycznych układów scalonych. Wielka uniwersalność, przy jednoczesnym wykorzystaniu istotnych właściwości układów scalonych, daje możliwość stosowania ich w rozmaitych układach, urządzeniach i systemach elektronicznych, zapewniając masową produkcję, niską cenę i bardzo dobre parametry użytkowe.

Większość obecnie produkowanych wzmacniaczy operacyjnych ma wejścia symetryczne oraz niesymetryczne wyjście.

Rys. Symbol wzmacniacza operacyjnego

Wejście we1 oznaczone minusem jest wejściem odwracającym (inwersyjnym), a wejście we2 oznaczone plusem - wejściem nieodwracającym (nieinwersyjnym). Jeżeli do wejścia odwracającego zostanie doprowadzone napięcie sinusoidalne, to przesunięcie fazowe między sygnałami wejściowym a wyjściowym będzie równe 180^ο. Przy doprowadzeniu tego napięcia do wejścia nieodwracającego przesunięcie wyniesie zero. Ważną właściwością wzmacniacza operacyjnego jest to, że gdy do obu jego wejść zostaną doprowadzone dwa identyczne sygnały, to sygnał na wyjściu ma być równy zeru.

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien charakteryzować się:

• nieskończenie dużym wzmocnieniem napięciowym,

• nieskończenie dużą impedancją wejściową,

• zerową impedancją wyjściową,

• nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości,

• nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału,

Podstawowymi parametrami wzmacniacza operacyjnego rzeczywistego są:

1. wzmocnienie napięciowe różnicowe K_ur;

2. wzmocnienie napięciowe sumacyjne K_us ;

3. współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego H_s ;

4. impedancja wejściowa różnicowa Z_wer ;

5. impedancja wejściowa sumacyjna Z_wes ;

6. impedancja wyjściowa Z_wy ;

7. wejściowy prąd polaryzacji I_we ;

8. wejściowe napięcia niezrównoważenia U_wen ;

9. wejściowy prąd niezrównoważenia I_wen ;

10. dryfy: temperaturowy i czasowy wejściowego napięcia i prądu niezrównoważenia ;

11. parametry graniczne: max. napięcie wejściowe U_wemax, max. różnicowe napięcie wejściowe U_wermax, max. napięcie wyjściowe U_wymax, max. prąd wyjściowy I_wymax ;

12. napięcie U_z i moc P_z zasilania ;

13. szerokość pasma częstotliwości określona częstotliwością graniczną f_g , marginesem wzmocnienia A i marginesem fazy α ;

14. parametry odpowiedzi na skok napięcia : czas narastania t_n , szybkość narastania S, przeregulowanie δ_u .

1. Układ sumujący

Wzmacniacz sumujący jest odmianą wzmacniacza odwracającego. Zacisk wej. odwracającego (-) stanowi punkt masy pozornej. Układ ma n wej., przy czym każde poprzez R połączone z masą pozorną. Wzmacniacz sumujący może wiec sumować n składników (napięć stałych, przebiegów).

Przedstawiony układ można łatwo rozbudować tak, aby przetwarzał informację kilkucyfrową. Jest on podstawowym podzespołem przetworników c/a , przy czym w jego obwodzie wej. stosuje się zazwyczaj inną konfigurację rezystorów (drabinkę typu R-2R).

Wykresy.

2. Układ całkujący

Wykresy.

Przetwarzanie a/c metodą całkowania.

Metoda podwójnego całkowania polega na przetwarzaniu napięcia na przedział czasu za pomocą integratora w dwóch etapach tworzących razem jeden cykl pomiarowy. W pierwszym etapie na wejście integratora jest podawane napięcie wej. U przez czas t_o i otrzymujemy: U_{o int}=kU t_o W drugim etapie do wej. integratora jest doprowadzone napięcie odniesienia U_ref , lecz przeciwnej biegunowości jak U. Napięcie to utrzymuje się do chwili, w której napięcie na wyj. integratora osiągnie wartość 0. Wtedy: U_{o int}=kU_ref t₁ i otrzymujemy wzór na czas t₁=t₀U/U_ref

Czas t₁ mierzy się cyfrowo w liczniku, realizując w ten sposób przetwarzanie wartości napięcia wej. na słowo kodowe - sygnał cyfrowy.

Całkujący układ pasywny RC

Z powyższego równania wynika, że w zależności od wartości R i pojemności C zanikanie składowej przejściowej w funkcji czasu może być szybsze lub wolniejsze. Dlatego wprowadza się tzw. stałą czasową ,określoną wzorem:

Można więc zapisać:

Jak wynika z tych równań stała czasowa jest to czas, po upływie którego wartość składowej przejściowej maleje e razy, to czas, po którym kondensator naładuje się do wartości 0,63 napięcia wejściowego.

Wnioski.

Pasywny układ RC jest niedoskonałym układem całkującym. Całkowanie przebiegu sinusoidalnego odbywa się kosztem amplitudy sygnału. Im skuteczniejsze całkowanie, tym mniejsza, dążąca do zera, amplituda sygnału wyjściowego. Dlatego rzadko stosuje się pasywne układy całkujące, zastępuje się je wzmacniaczami całkującymi.

R₁

R₂

R₃

R₄

R₅

R₂

R₃

R₁

C

WE 1

−

+

WY

WY

t

τ

u_c

U

u_c

Układ sterowania

Licznik

Generator

Wyjście cyfrowe

przełącznik

Integrator C

R

U

U_ref

u_c

i

C

R

W

U

WE 2

WE

WY

WE

WY

WE

---