ĆWICZENIE LABORATORYJNE

TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

1. WPROWADZENIE

Przedmiotem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi zastosowaniami

wzmacniacza operacyjnego oraz określenie wybranych parametrów układu. Ćwiczenie
pozwala zapoznać się z następującymi zastosowaniami wzmacniacza operacyjnego jako:
- wzmacniacz odwracający;
- wzmacniacz nieodwracający;
- wtórnik napięciowy;
- wzmacniacz sumujący;
- wzmacniacz odejmujący;
- układ różniczkujący;
- układ całkujący.

2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
W celu należytego przygotowania się do ćwiczenia należy przestudiować zagadnienia z
następujących pozycji literaturowych:
1. Watson J. - „Elektronika” WKiŁ 1999, Syg. 55914, str. 173-175.
2. Tietze U., Schenk Ch., - „Układy półprzewodnikowe” Wyd. III, WNT 1996, Syg. 53555,

str. 148-156.

3. Horowitz P., Hill W., - „Sztuka elektroniki” cz. 1, Wyd. IV, WKiŁ 1997, Syg. 55051, str.

189-191.

3. PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE

1. Omówić teoretyczne parametry wzmacniacza operacyjnego.
2. Narysować układ wzmacniacza nieodwracającego.
3. Narysować układ wzmacniacza odwracającego.
4. Narysować układ wtórnika napięcia i omówić jego własności.
5. Narysować układ całkujący oraz charakterystyki idealnego i rzeczywistego układu.
6. Narysować układ różniczkujący oraz jego idealnego i rzeczywistego układu.
7. Narysować schemat i omówić zasady kompensacji wejściowego napięcia

niezrównoważenia

Uwaga!
Zauważone błędy lub inne uwagi dotyczące instrukcji i ćwiczenia proszę kierować do
Wojciecha Pary tel. [phone] lub [e-mail]

4. PRZEBIEG ĆWICZENIA

4.1. Badanie wzmacniacza odwracającego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 1.

∼

+12V

-12V

R

1 2

1 0

k

Ω

R

5

1

k

Ω

U

wej

+

-

IN1

OTP

Rys. 1. Schemat układu do badania wzmacniacza w układzie odwracającym

B. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego
- podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN1) i oscyloskop

do jego wyjścia (OTP);

- ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1kHz;
- regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał

wyjściowy;

- przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego;
- odłączyć generator od wejścia wzmacniacza i zewrzeć wejście do masy, wykorzystując

woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie stałe na wyjściu wzmacniacza;

- wynik pomiaru zanotować.

C. Zadanie
- na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K

u

.

4.2. Badanie wzmacniacza odwracającego z kompensacją napięcia niezrównoważenia
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 2.

OTP

+12V

-12V

R1

2

1 0

k

Ω

R

5

1

k

Ω

+

-

R

7

1

k

Ω

IN1

-12V

+12V

R

6

1 0 0

k

Ω

VR

3

1 0 0

k

Ω

Rys. 2. Schemat układu do badania wzmacniacza z kompensacją napięcia niezrównoważenia

B. Kompensacja napięcia niezrównoważenia
- zewrzeć wejście do masy, wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie stałe

na wyjściu wzmacniacza jeśli napięcie nie jest równe zero należy dokonać regulacji
potencjometrem VR3.

C. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego
- podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN1) i oscyloskop

do jego wyjścia (OTP);

- ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1kHz;
- regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał

wyjściowy;

- przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego;
- regulując potencjometrem VR3 zaobserwować wpływ zmian wartości napięcia polaryzacji

drugiego wejścia wzmacniacza na przebieg napięcia wyjściowego.

D. Zadanie
- na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K

u

.

4.3. Badanie wzmacniacza nieodwracającego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 3.

OUT

+12V

-12V

R1

2

1 0

k

Ω

R

5

1

k

Ω

U

wej

+

-

∼

R

7

1

k

Ω

IN2

Rys. 3. Schemat układu do badania wzmacniacza w układzie nieodwracającym

B. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego
- podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN2) i oscyloskop

do jego wyjścia (OTP);

- ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1kHz;
- regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał

wyjściowy, przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego.

C. Zadanie
- na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K

u

.

4.4. Badanie wtórnika napięciowego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 4.

OUT

+12V

-12V

R1

1

1

k

Ω

U

wej

+

-

∼

IN2

Rys. 4. Schemat układu do badania wtórnika napięciowego

B. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego
- podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN2) i oscyloskop

do jego wyjścia (OTP);

- ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1kHz;
- regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał

wyjściowy;

- przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego;
- zaobserwować zmiany napięcia wyjściowego przy zmianach amplitudy napięcia

wejściowego.

C. Zadanie
- na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K

u

.

4.5. Badanie wzmacniacza odejmującego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 5.

+12V

-12V

R1

2

1 0

k

Ω

R

4

4 ,7

k

Ω

+

-

R

9

1 0

k

Ω

R

1 0

5 0 0 Ω

+12V

R

8

4 ,7

k

Ω

R

1

5 0 0 Ω

U

wyj

+12V

U

1

U

2

Rys. 5. Schemat układu do badania wzmacniacza odejmującego

B. Pomiar napięć wejściowych i wyjściowych w układzie
- wykorzystując potencjometry R1 i R10 ustawić wartości napięć wejściowych U

1

i U

2

zgodnie z danymi zawartymi w tabeli 1;

- wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie wyjściowe układu U

wyj

;

- wyniki zanotować w tabeli 1.

Tabela 1

U

1

[V]

U

2

[V]

U

wyj

[V]

U

teor

[V]

1

2

2

2

3

1

4

1

C. Zadanie
- obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U

teor

wykorzystując wartości rezystorów

R4, R8 i R12 zamieszczone na rysunku 5.

4.6. Badanie wzmacniacza sumującego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 6.

+12V

-12V

R1

2

1 0

k

Ω

R

3

1 0

k

Ω

+

-

VR3

1 0 0

k

Ω

+12V

R

2

1 0

k

Ω

R

1

5 0 0 Ω

U

wyj

+12V

U

1

U

2

-12V

Rys. 6. Schemat układu do badania wzmacniacza sumującego

B. Pomiar napięć wejściowych i wyjściowych w układzie
- wykorzystując potencjometry R1 i VR3 ustawić wartości napięć wejściowych U

1

i U

2

zgodnie z danymi zawartymi w tabeli 2;

- wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie wyjściowe układu U

wyj

;

- wyniki zanotować w tabeli 2.

Tabela 2

U

1

[V]

U

2

[V]

U

wyj

[V]

U

teor

[V]

3

3

3

2

3

-3

C. Zadanie
- obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U

teor

wykorzystując wartości rezystorów

R2, R3 i R12 zamieszczone na rysunku 6.

4.7. Badanie układu różniczkującego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 7.

+12V

-12V

R

2 1

1

k

Ω

R

2 0

5 0

k

Ω

+

-

R

1 8

1 0

k

Ω

C1

0 ,1 µ

F

IN2

R

1 4

2 7 0 Ω

OUT

Rys. 7. Schemat układu do badania układu różniczkującego

B. Obserwacja sygnałów w układzie różniczkującym
- podłączyć generator przebiegu trójkątnego do wejścia wzmacniacza (IN2), ustawić wartość

amplitudy U

m

=0,5V i częstotliwości f=1kHz;

- podłączyć oscyloskop do wyjścia (OTP);
- regulując potencjometrem R20 ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał wyjściowy;

- przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego;
- czynności powtórzyć dla innej częstotliwości.

C. Zadanie
- obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U

teor

wykorzystując wartości rezystorów

i kondensatorów zamieszczone na rysunku 7.

4.8. Badanie układu całkującego
A. Warunki pomiarów
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23013, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie

ze schematem przedstawionym na rys. 8.

+12V

-12V

R

1 9 1

M

Ω

+

-

R

1 8

1 0

k

Ω

C2

0 ,1 µ

F

IN2

VR

2

1 0

k

Ω

OUT

Rys. 8. Schemat układu do badania układu różniczkującego

B. Obserwacja sygnałów w układzie całkujacym
- podłączyć generator przebiegu prostokątnego do wejścia wzmacniacza (IN2), ustawić

wartość amplitudy U

m

=0,05V i częstotliwości f=1kHz;

- podłączyć oscyloskop do wyjścia (OTP);
- regulując potencjometrem VR2 ustawić liniowy niezniekształcony sygnał wyjściowy;
- przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego;
- czynności powtórzyć dla innej częstotliwości.

C. Zadanie
- obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U

teor

wykorzystując wartości rezystorów

i kondensatorów zamieszczone na rysunku 8.

5. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA
Sprawozdanie powinno zawierać:
- krótki opis ćwiczenia;
- schematy ideowe układów pomiarowych;
- wyniki pomiarów;
- zdjęte oscylogramy i sporządzone wykresy;
- protokół pomiarowy podpisany przez prowadzącego ćwiczenie;
- przykładowe obliczenia;
- wnioski.