ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU

ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE

WYDZIAŁ TRANSPORTU

POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

LABORATORIUM ELEKTRONIKI

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 8

WZMACNIACZ OPERACYJNY

DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO

WARSZAWA 2011

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

2

A. Cel ćwiczenia.

- Przedstawienie zachowania wzmacniacza operacyjnego
- Zasada ujemnego sprzężenia zwrotnego
- Wzmacniacz operacyjny, jako stabilizator napięcia

B. Część badawcza.

1) Przedstawienie zachowania nie podłączonego wzmacniacza operacyjnego.

Zestaw układ według rys. 1 :

Rys. 1. Wzmacniacz operacyjny jako komparator.


Zbuduj obwód zgodnie z powyższym schematem (jednakże bez R

3

, tzn. otwarta pętla).

a) Regulując napięciami U

1

i U

2

za pomocą potencjometrów R

1

: obserwuj napięcie

wyjściowe U

A

na oscyloskopie i na mierniku.

Określ jakie wartości napięcia U

2

powodują komparację napięcia U

A

na wyjściu dla trzech

różnych wartości napięcia U1.

Tabela 1

U

1

[V]

U

2

[V]

U

A

[V]

Wyjaśnij mechanizm zaobserwowanej komparacji.

R

1

R

1

R

2

R

2

R

3

U

2

U

1

U

A

+ 15 V

- 15 V

+

-

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

3

b)

Teraz

połącz

R

3

=

100

k



pomiędzy

wejściem

nieodwracającym

i wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Dla trzech różnych wartości napięcia U

1

określ

napięcie U

2

powodujące przełączenie napięcia wyjścia z +U

A

na –U

A

(lub odwrotnie).

Tabela 2

U

1

[V]

U

2

[V]

U

A

[V]

dla R

3

= 100 [k



]

c) Czynności z punktu b) wykonaj także dla układu, w którym R

3

zastąpimy R

11

=169 [k



].

Jak teraz zmieniła się pętla histerezy? Jak zmieniło się zachowanie komparatora?

Tabela 3

U

1

[V]

U

2

[V]

U

A

[V]

dla R

3

= 169 [k



]

d) Zestaw układ według rys. 2 :

Rys. 2. Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Podłącz kolejno w miejsce rezystora R

X

rezystory o wartości : 100 [k



], 47 [k



] i 22 [k



].

Rezystor R

X

jest podłączony pomiędzy wejście odwracające i wyjście wzmacniacza

operacyjnego.

Wyznacz i narysuj charakterystyki U

A

= f(U

1

) dla różnych wartości rezystancji przy U

2

=const.

Wartość U

2

dobierz tak, aby umożliwiała ona zmianę wartości U

A

w całym zakresie zmian

U

1

, dla wszystkich wartości rezystancji R

X

.

R

1

R

1

R

2

R

2

R

X

U

2

U

1

U

A

+ 15 V

- 15 V

+

-

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

4

Tabela 4

U

1

[V]

U

A

[V]

dla R

X

= 100 [k



]

Tabela 5

U

1

[V]

U

A

[V]

dla R

X

= 47 [k



]

Tabela 6

U

1

[V]

U

A

[V]

dla R

X

= 22 [k



]

Określ wartości wzmocnienia k

u

dla poszczególnych wartości rezystora sprzęgającego R

X

wykorzystując liniową część charakterystyk.

Jaki jest wpływ rezystora R

X

na wzmocnienie?

2) Regulowanie sygnałów sinusoidalnych.

Sprawdź czy układ zmontowany na tablicy odpowiada układowi z rys. 3 :
















Rys. 3. Wzmacniacz operacyjny jako regulator sygnałów sinusoidalnych.


Podłącz generator funkcyjny i ustaw napięcie zmienne: U

2

= 1,5 V z częstotliwością f = 1

kHz. Ustaw potencjometr R

1

na wartość średnią. Nie podłączaj rezystora R

3

.

Podłącz U

2

i U

A

do oscyloskopu i przerysuj otrzymany wykres.

Regulując potencjometrem R

1

wykonaj wykres współczynnika wypełnienia W

W

w funkcji U

1

i U

A

.

R

1

R

2

R

2

R

3

U

2

U

1

U

A

+ 15 V

- 15 V

+

-

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

5

Tabela 7

W

W

U

1

U

A

dla R

2

= 2 x 33 [k



]

Tabela 8

W

W

U

1

U

A

dla R

2

= 2 x 47 [k



]

Podłącz rezystancję R

3

= 100 k



pomiędzy wejściem inercyjnym i wyjściem wzmacniacza.

Jak zmieni się charakterystyka napięcia wyjściowego ?
Przerysuj otrzymane wykresy napięcia wyjściowego dla trzech różnych wartości R

1

.

Wykonaj wykresy zakresu dopuszczalnych zmian U

1

i U

A

w funkcji R

3

, tak aby przebieg

wyjściowy nie był zniekształcony. Przyjmij następujące wartości R

3

: 22, 39, 47, 69, 100

i 122 [k



].

Tabela 9

R

3

[k



]

22

39

47

69

100

122

U

1

[V]

min

max

U

A

[V]

min

max

dla R

2

= 2 x 33 [k



]

Tabela 10

R

3

[k



]

22

39

47

69

100

122

U

1

[V]

min

max

U

A

[V]

min

max

dla R

2

= 2 x 47 [k



]

Wykonaj wykres k

u

w funkcji R

3

dla dwóch różnych wartości R

2

: 2x33 [k



] oraz 2x47 [k



].

Wartości R

3

przyjmij jak powyżej.

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

6

C. Wyposażenie.

Elementy układu:
Wzmacniacz operacyjny LM 741 ....................................................................................... szt. 1
Dioda Zenera D

1

= ZPY 8.2 ................................................................................................. szt. 1

Potencjometr R

1

= 100 k



................................................................................................... szt. 2

Potencjometr R

2

= 10 k



..................................................................................................... szt. 1

Rezystor R

2

= 33 k



............................................................................................................ szt. 2

Rezystor R

3

= 100 k



.......................................................................................................... szt. 1

Rezystor R

4

= 47 k



........................................................................................................... szt. 2

Rezystor R

5

= 10 k



............................................................................................................ szt. 1

Rezystor R

6

= 33 k



............................................................................................................ szt. 1

Rezystor R

7

= 1,5 k



........................................................................................................... szt. 1

Rezystor R

8

= 1 k



.............................................................................................................. szt. 1

Rezystor R

9

= 330



............................................................................................................ szt. 1

Rezystor R

10

= 220



........................................................................................................... szt. 1

Rezystor R

11

= 470 k



......................................................................................................... szt. 1

Sprzęt pomiarowy:

Oscyloskop dwukanałowy .................................................................................................... szt. 1
Multimetr .............................................................................................................................. szt. 3

Źródło zasilania:
Zasilacz podwójny ............................................................................................................... szt. 1
Generator funkcyjny ............................................................................................................. szt. 1

Akcesoria:
Płyta montażowa .................................................................................................................. szt. 1
Komplet przewodów ............................................................................................................ szt. 1

D. Literatura.

1. Bruszewski Julian: ,,Komparatory napięcia i wzmacniacze operacyjne produkcji

NPCP CEMI”. Wydaw. Komunik. i Łączności, 1990

2. Korneta Andrzej: ,, Podstawy elektroniki”. Wyższa Szkoła Inżynierska, 1990
3. Kulka Zbigniew: ,,Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych”. Wydaw. Nauk. –

Techn., 1986

4. Kusy Andrzej: ,,Podstawy elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn. Rzeszowskiej,

1996

5. Marcyniuk Andrzej: ,,Podstawy miernictwa”. Wydaw. Politechn. Śląskiej, 2002
6. Millman Jacob: ,,Układy scalone analogowe i cyfrowe”. Wydaw. Nauk. -Techn., 1976
7. Nowaczyk

Emilia:

,,Podstawy

elektroniki”. Oficyna Wydaw. Politechn.

Wrocławskiej, 1995

8. Wawrzyński Wojciech: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydaw.

Politechn. Warszawskiej, 2003

Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2011.

7

E. Zagadnienia do opracowania

1.

Własności idealnego wzmacniacza operacyjnego.

2.

Układ pracy wzmacniacza nieodwracającego.

3.

Układ pracy wzmacniacza odwracającego

4.

Dodatnie i ujemne sprzężenie zwrotne.