T4 Wzmacniacz operacyjny (WO).

Podstawowe układy pracy.

Wybrane parametry wzmacniacza, układy pracy, metodyka badania. WO typu μA741 (ULY7741N), zasilanie U_s = ± 15 V.

Przed zajęciami.

a) Zapoznaj się z właściwościami wzmacniacza μA741.

b) Na podstawie rys.1,2,3 wyprowadź zależności do obliczenia ze zmierzonych napięć wyjściowych: wejściowych prądów polaryzacji I_ib− , I_ib+ , I_ib , oraz wejściowego napięcia niezrównoważenia U_io  i prądu niezrównoważenia I_io - uważaj na znaki!

Rys.1, 2, 3. Schematy układów do wyznaczenia wejściowych: prądów polaryzacji, napięcia i prądu niezrównoważenia. Zastępcze, wewnętrzne źródło napięcia U_io WO narysowałem przed wejściem WO, aby ułatwić ci analizę oczkową.

c) Oblicz wzmocnienie k_uof układu z rys.4 na podstawie danych z tab.1. Oblicz rezystancje układu: wejściową R_if i wyjściową R_of. Oszacuj wpływ skończonego wzmocnienia różnicowego k_udo ≡ A_ud ≡ A_vo WO na niedokładność wyznaczenia wzmocnienia k_uof układu. Porównaj tą wartość z wpływem tolerancji 5% rezystorów. Jak będzie wpływał CMRR WO? Oblicz wartość rezystora R₃; po co jest on w układzie? Oszacuj górną częstotliwość graniczną f_g układu z parametru WO: BW1 ≡ f₁  (tzw. iloczyn „wzmocnienie⋅pasmo”).

d) Powtórz obliczenia z pkt.c) dla układu z rys.5 i tab.1.

Układ na:	Element	Tab. 1. Wartości elementów dla grupy nr:
				1	2	3	4	5	6
	Rys.4	R1 [kΩ]	6,8	8,2	3,9	3,9	10	12
		R2 [kΩ]	56	68	33	22	82	68
	Rys.5	R1 [kΩ]	5,6	6,8	12	4,7	5,6	3,3
		R2 [kΩ]	27	82	100	56	47	27

Program ćwiczenia.

1. Wstępne badanie WO (kontrola jego sprawności); w układach z rys.1,2,3 mierz tylko napięcie wyjściowe U_o , zastosuj rezystor R o wartości 0,22 MΩ. Z wyników obliczysz U_io , I_ib+ , I_ib− , I_ib , I_io . Zmierz napięcia nasycenia WO; w układzie z rys.2 wyjmij z makiety rezystor R, zanotuj U_om , powtórz to w układzie z rys.3. Jaka jest przyczyna zaobserwowanych reakcji WO?

2. Połącz układ wtórnika. Skompensuj niezrównoważenie. Sygnałem stałym (DC) a następnie sinusoidalnym o f = 1kHz (rys.6) sprawdź k_uof możliwie dokładnie. Jakie względne odstępstwo k_uof od 1 osiągnąłeś? A jaka jest niepewność względna wyznaczenia k_uof ?

Rys. 4 i 5. Schematy układów wzmacniaczy na WO:

nieodwracającego (rys.4) i odwracającego (rys.5).

3. Połącz układ z rys.4. O ile zmieniło się niezrównoważenie WO w porównaniu z układem wtórnika? Dlaczego? Skompensuj niezrównoważenie. Zbadaj sygnałem DC charakterystykę przejściową U_o = f(U_i) łącznie z obszarami nasycenia (rys.6). Wyznaczysz wzmocnienie k_uof z liniowego zakresu tej charakterystyki. Czy wartości U_om+ , U_om− są takie same, jak zmierzone w pkt.1? Zmierz wzmocnienie sygnałem sinusoidalnym o f = 1kHz (rys.6).

4. Zmierz górną częstotliwość graniczną f_g i zmianę przesunięcia fazowego przy niej Δϕ(f_g) - rys.6 i 7; uważaj na kształt U_o(t) - ma być sinus, a nie trójkąt! Zmierz w oparciu o rys.8 parametry SR₊ i SR₋ = [ΔU_o /Δt]_max .

Rys. 6. Schemat układu

pomiarowego do badania

charakterystyk przejściowych

czwórników

aktywnych

przy DC i AC.

Rys. 7. Z elipsy na ekranie

oscyloskopu w trybie XY

wyznaczysz dodatkowe

przesunięcie fazowe:

Δϕ = arcsin(b/B).

Rys. 8. Odczyty z ekranu

oscyloskopu do obliczenia

parametru SR dla zbocza

narastającego (SR₊ )

i opadającego (SR_- ).

5. Zmierz wartości rezystorów, które tworzyły pętlę sprzężenia zwrotnego w układzie z rys.4. Porównaj k_uof układu obliczone z napięć i z rezystancji. Jakie wnioski?

6. Połącz układ z rys.5. Powtórz badania z pkt.3 i 5.

Uwaga! Wzmocnienia przy DC powinieneś w zasadzie definiować przyrostowo: k_uof = ΔU_o /ΔU_i ! Niekiedy można jednak liczyć k_uof = U_o /U_i . W jakim przypadku?

W sprawozdaniu oblicz wzmocnienia prądowe układów: k_iof a następnie k_if dla obciążenia wyjścia R_L = 1kΩ. Porównaj wyniki badań i obliczeń z nich z danymi katalogowymi WO i obliczeniami przed zajęciami!

---