|
Laboratorium Elektroniki |
|
|
Podstawowe ukady pracy wzmacniaczy operacyjnych. |
|
1.Wstp.
Celem wiczenia jest poznanie podstawowych ukadów pracy wzmacniaczy, oraz charakterystycznych parametrów wzmacniaczy operacyjnych.
2.Obliczenia projektowe.
A.Dla ukadu odwracajcego faz:
Przyjto wspóczynnik wzmocnienia kuf = 10 rezystancje obliczono R1=1k i R2=20k. Rezystor R3 = 0.15 pominieto poniewa bliski jest zero.
B.Dla ukadu nieodwracajcego fazy:
Dla wspóczynnika kuf =21 obliczono R1=1k i R2=20k.
C.Dla ukadu cakujcego:
Dla tego ukadu R1=100, R2=10k oraz C=10nF.
D.Dla ukadu róniczkujcego:
Parametry elementów przyjto odpowiednio R1=20k,R2=10k,C=10nF.
E.Dla ukadu przetwornik U/I.
Przy zaoeniu, e ukad zasilamy napiciem U=2V, a na wyjciu prd I ma mie warto 20mA z prostej zalenoci U/I=R obliczamy rezystor R=100.
3.Ukady pomiarowe.
A.Ukad odwracajcy faz sygnau.
B.Ukad nieodwracajcy fazy sygnau.
C.Ukad cakujcy sygna.
D.Ukad róniczkujcy sygna.
E.UKad przetwornika U/I.
4.Pomiary
odwracajcy |
nieodwracajcy |
cakujcy |
róniczkujcy |
przetwornik U/I |
zmierzona czstotliwo fgr=50kHz dla ku=10, a odczytano z wykresu fgr=40kHz. |
zmierzona czstotliwo fgr=18kHz dla ku=21, a odczytano z wykresu fgr=20kHz |
zmierzono odpowiednio czstotliwoci fd=110Hz; fr=280Hz; fg=200Hz. |
zmierzono odpowiednio czstotliwoci fd=24kHz; fr=64kHz; fg=93kHz. |
dla U=1.006V I=9.87mA ; dla U=2V I=18.7mA ; dla U=4V I=19.97mA. |
5.Wnioski
Wzmacniacze operacyjne znalazy szerokie zastosowanie w ukadach elektronicznych. Ze wzgldu na szerok moliwo realizowania funkcji i wysokie parametry. Do podstawowych parametrów wzmacniacza rzeczywistego zaliczamy:
wzmocnienie napiciowe rónicowe,
wzmocnienie napiciowe sumacyjne,
wspóczynnik tumienia sygnau tumienia,
rezystancja (impedancja) sygnau sumujcego,
rezystancja (impedancja) wejcia rónicowego,
rezystancja (impedancja) wejcia sumacyjnego,
rezystancja (impedancja) wyjciowa,
wejciowy prd polaryzacji,
wejciowe napicie niezrównowaenia,
wejciowe prd niezrównowaenia,
dryfty: temperaturowy i czasowy napicia wejciowego i pradu niezrównowaenia,
szeroko pasma czstotliwoci,
parametry odpowiedzi na skok: czas narastania, szybko narastania przeregulowanie.
Pierwszym badanym ukadem by wzmacniacz odwracajcy, w którym przy duej rezystancji wejciowej oraz zerowej rezystancji wyjciowej prd pyncy przez rezystor R1 równy jest prdowi pyncemu przez R2. Wzmocnienie zaley tylko od rezystancji wystpujcych w obwodzie sprzenia zwrotnego. Znak minus informuje nas, e napicie wyjciowe ma faz przeciwn stosunku do wejciowego. Punkt poczenia R1 z R2 nazywamy mas pozorn. Rezystancja wyjciowa wzmacniacza ze sprzeniem zwrotnym nie przekracza 1. Pasmo przenoszenia ukadu ograniczone jest czstotliwociami granicznymi. Czstotliwo graniczna dolna wynosi 0, a górna 50kHz dla wzmocnienia 20.Jest to ukad o wasnociach filtru dolnoprzepustowego.
W ukadzie nieodwracajcym sygna wejciowy doprowadza si do wejcia nieodwracajcego wzmacniacza. Wzmocnienie jest wiksze od odwracajcego o 1. Rezystancja wyjcia jest taka sama, natomiast wejciowa rzdu 1010÷1013.Wstawiajc R1 o bardzo duej wartoci otrzymujemy wtórnik napiciowy, a wzmocnienie równe jest jednoci. Rezystancj R3 dobieramy tak, aby równa bya rezystancji wewntrznej róda sygnau. Inwenter otrzymujemy gdy R1=R2. Czstotliwo graniczna dolna dla wzmocnienia 21 wynosi 18kHz, a górna równa ".
Wzmacniacz cakujcy otrzymuje si wczajc w obwód sprzenia zwrotnego kondensator, a na wejcie rezystor. Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza idealnego ukadu cakujcego maleje monotonicznie z szybkoci 20dB/dek. W rzeczywistym ukadzie cakujcym charakterystyka nakada si na charakterystyk wzmacniacza operacyjnego. Cakowanie odbywa si w przedziale czstotliwoci fd<fsr<fg. W zakresie maych czstotliwoci f<fd powstaj bdy cakowania zwizane skoczon wartoci wzmocnienia wzmacniacza, a w zakresie duych czstotliwoci fg<f z ograniczenia pasma przenoszenia. Inna przyczyn bdów s wejciowy prd polaryzacji oraz wejciowe napicie niezrównowaenia. Zwikszajc liczb wej w ukadzie uzyskuje si integrator sumujcy.
Wzmacniacz róniczkujcy jest odwrotnoci cakujcego, realizacja polega na zamianie miejscami kondensatora z rezystorem. Prosty ukad róniczkujcy ma due wzmocnienie przy wikszych czstotliwociach, co powoduje nadmiern wraliwo na zakócenia i szumy. Brak rezystora R1 przy duych czstotliwociach moe spowodowa niestabilno ukadu. Charakterystyka amplitudowo-czstotliwociowa nakada si na charakterystyk wzmacniacza tworzc pasmo. Waciwoci róniczkujce ukad ma w pasmie od 0÷fd, za powyej fg nastpuje cakowanie.
Stosujc w ukadzie wzmacniacza odwracajcego róne elementy (diody, diody Zenera, tranzystory) mona zrealizowa funkcje mnoenia, pierwiastkowanie, logarytmowanie, itp.
Ostatnim ukadem realizowanym by przetwornik napicie na prd który charakteryzuje si nieznmiennoci sygnau wyjciowego na zmian sygnau wejciowego. Parametr odpowiadajcy za to, to ograniczenie prdowe wzmacniacza operacyjnego. Wzrost prdu na wyjciu wynikajca z rezystancji linii przesyowej pochaniany jest przez tranzystor wewntrz wzmacniacza. Otrzymane pomiary potwierdzaj t waciwo. Ukad ten zastosowany jest w przemyle do przesyania informacji.