Wydział: MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY

Kierunek: MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

Grupa: II

Sekcja: I

SPRAWOZDANIE

Temat: Wzmacniacze operacyjne.

Wykonał:

Burszczan Ireneusz

1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z najprostszymi układami zbudowanymi przy użyciu tylko jednego wzmacniacza operacyjnego oraz liniowych elementów R,L,C .

W ćwiczeniu zbadaliśmy dwa układy :

• komperator;

• wzmacniacz odwracający fazę;

• wzmacniacz nie odwracający fazę.

2. Wprowadzenie teoretyczne.

Pod pojęciem wzmacniacz operacyjny rozumie się scalony układ analogowy zapewniający uniwersalne zastosowania profesjonalne. Wzmacniacz operacyjny jest to układ scalony, który spełnia następujące warunki:

• bardzo duże wzmocnienie napięciowe z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego

• bezpośrednie sprzężenie, to jest możliwość wzmacniania napięć stałych i zmiennych

• możliwość odwracania fazy sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału wejściowego

Większość scalonych wzmacniaczy operacyjnych posiada dwa symetryczne wejścia:

• odwracające fazę oznaczone (-). Jeżeli na to wejście zostanie podany sygnał, który posiada dowolny dodatni przyrost, to sygnał wyjściowy posiada ujemny przyrost.

• nie odwracający fazy oznaczone (+). Dodatniemu przyrostowi dla sygnału wejściowego odpowiada dodatni przyrost sygnału wyjściowego

Wzmacniacz operacyjny wzmacnia różnicę napięć, a więc realizuje funkcję U₀=β(U₊-U_-).

Idealny wzmacniacz operacyjny powinien spełniać właściwości idealnego źródła napięciowego sterowanego różnicą napięć. Zatem wzmacniacz taki powinien spełniać warunki:

• nieskończenie duże wzmocnienie przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego β→+∝

• impedancja wyjściowa nieskończenie duża (Z_we→∝)

• impedancja wyjściowa równa zeru (Z_wy=0)

• nieskończenie duże pasmo przenoszenia częstotliwości sygnału

• zerowe prądy wejściowe (I₊=0, I_-=0)

• prąd wyjściowy I₂ określony tylko przez obciążenie zewnętrzne

Oczywiście, model taki jest modelem czysto teoretycznym, gdyż takie źródło mogłoby wydawać nieskończenie dużą moc, podobnie jak idealne autonomiczne źródło napięcia.

1. Komparator napięcia.

Komparatorem napięcia nazywamy układ, który służy do porównywania wartości chwilowej napięcia doprowadzonego do jednego wejścia z wartością chwilową napięcia doprowadzonego do drugiego wejścia.

2.3. Wzmacniacz odwracający napięcie.

Najbardziej popularnym układem jest wzmacniacz odwracający. Jego nazwa pochodzi od specyficznej cechy odwracania napięcia wyjściowego względem wejściowego, co inaczej oznacza przesunięcie fazy o 180°. We wzmacniaczu tym za pomocą rezystora R_f jest realizowane sprzężenie zwrotne z wyjścia do wejścia odwracającego. Ponieważ sygnał sprzężenia zwrotnego ma kierunek przeciwny do sygnału wejściowego, jest to tzw. sprzężenie zwrotne ujemne

2.4.Wzmacniacz nie odwracający napięcia.

Układ ten pełni rolę bloku dopasowującego lub separującego (oddzielającego) w sieciach elektronicznych.

Układ ten charakteryzuje się następującymi cechami:

• posiada teoretycznie nieskończenie dużą rezystancję wejściową;

• bardzo mało rezystancje wyjściową;

• spełnia zależności U₁=U₂.

3. Przebieg ćwiczenia.

3.1.Komparator napięcia

Wyniki pomiarów:

Wejście	Wyjście
U+=0 V	-10,6 V
U-=1 V
U+=0 V		12,1 V
U-=-1 V
U+=3 V		-10,6 V
U-=5 V
U+=3 V		12,23 V
U-=-5 V

Wykresy napięć przy: U₊=0 V U_-=sinωt V (amplituda 4V)

Wykresy napięć przy: U₊=4 V U_-=sinωt V (amplituda 5V)

3.2.Wzmacniacz odwracający napięcie.

Wyniki pomiarów:

Uwej [V]	RF [kΩ]	R1 [kΩ]	Uwyj [V]
1,01	1	1	1,06
1,01	2	1	2,13
1,01	4	1	4,27
1,01	6	1	6,43
1,01	26	1	Uwyj=Uzasilania Odcięcie na skutek nasycenia wzmacniacza

Wzmocnienie w funkcji częstotliwości (charakterystyka amplitudowo częstotliwościowa): R_f=2kΩ R₁=1kΩ U_wej=1,02V

f [kHz]	Uwyj [V]
0,05	2,13
0,1	2,13
0,2	2,13
0,5	2,13
0,8	2,13
1	2,12
2	2,11
5	2,13
8	2,13
10	2,12
15	2,12
20	2,11
30	2,09
40	2,05
50	1,96
70	1,52

Charakterystyka przejściowa (napięcie wyjściowe od wejściowego) K_u=-2:

Uwej [V]		Uwyj [V]
-0,5		1
-1		2,05
-1,5		3,05
-2		4
-3		6,20
-4		8,04
-4,5		9,06
-5		10,07
-5,52		10,82
-6		10,78
-7		10,72
-8		10,44
-9		10,56
-10		10,49
Uwej [V]	Uwyj [V]
10	-8,90
8	-9,15
6	-9,31
5	-9,38
4,5	-9,05
4	-8,02
3	-6,04
2	-4,02
1	-1,98
0	0

Wykres charakterystyki przejściowej:

3.3. Wzmacniacz nie odwracający napięcie.

Wyniki pomiarów:

Rf [kΩ]	R1 [kΩ]	Uwej [V]	Uwyj [V]	Uteoretyczne [V]
1	1	1,07	2,22	2,14
3	1	1,07	4,47	4,28
5	1	1,07	6,72	6,42

3.4. Przykład 5.4

Dane są przebiegi napięć. Wyznaczyć graficznie przebiegi napięć na wyjściu komparatora, jeżeli napięcie U₂(t) ma przebiegi.

4. Wnioski.

Wzmacniacz odwracający napięcie:

Z wykresu wynika ze wzmocnienie do pewnego momentu jest funkcja liniową zgodnie ze wzorem K_u=-R_f/R₁ ale po przekroczeniu pewnej wartości wykres ulega gwałtownemu przegięciu a wzrost wartości napięcia wejścia powoduje nawet spadek wartości napięcia wyjścia.

Wzmacniacz nie odwracający napięcia:

Szczególnym przypadkiem układu jest układ gdy R_f a R₁=∝. W takim przypadku wzmocnienie równe jest 1 a rezystancja wejściowa równa jest rzędu megaomów (wtórnik napięciowy). Układ ten pełni rolę bloku dopasowującego lub separującego w sieciach elektronicznych.

β=∝

wej.

wej.

U_-

U₊

I₊

I_-

I₂

U₀

U₁

I₁

U₀

I₂

I_-

I₊

U₊

U_-

wej.

wej.

β=∝

R

R₁

R_f

I_-

I₊

U₊

U₀

β=∝

Sygnał ulega zniekształceniu

I_f

U_-

U₁

I₁

R

R₁

R_f

I_-

I₊

U₊

U₀

β=∝

---