Politechnika Śląska
Wydział Transportu
Bytom
Rok Akad.2011/2012
Elektronika
Ćwiczenie 6.
Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych
Grupa TB22 - B
Sekcja2
Politechnika Śląska
Wydział Transportu
Bytom
Rok Akad.2011/2012
Elektronika
Ćwiczenie 6.
Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych
Grupa TB22 - B
Sekcja2
1.WSTĘP TEORETYCZNY:
Wzmacniacz operacyjny jest rodzajem wzmacniacza sygnałów elektrycznych. Jest
wzmacniaczem prądu stałego o sprzężeniu bezpośrednim i bardzo dużym wzmocnieniu (dla
sygnałów napięcia stałego). Wzmacniacz operacyjny ma 2 symetryczne wejścia (elementy obu
wejść są identyczne):
odwracające (oznaczone znakiem „–”)
nieodwracające (oznaczone znakiem „+”);
oraz 1 wyjście (niesymetryczne). Sygnał podany na wejście odwracające jest wzmacniany ze
zmianą fazy o 180°, sygnał podany na wejście nieodwracające bez zmiany fazy. Napięcie
wyjściowe jest proporcjonalne do różnicy tych sygnałów, tj. do tzw. sygnału różnicowego. Przy
idealnie symetrycznej budowie obwodów wejściowych sygnał na wyjściu jest równy zeru, gdy
na obu wejściach występują jednakowe sygnały względem punktu odniesienia (masy).
Jednakowy sygnał podany na oba wejścia jest zw. sumacyjnym (wspólnym lub
nieróżnicowym). Dobry wzmacniacz operacyjny powinien odznaczać się bardzo dużym
współczynnikiem tłumienia sygnału sumacyjnego, szerokim pasmem przenoszenia
częstotliwości, dużą szybkością narastania napięcia wyjściowego oraz dużą rezystancją
wejściową (RI) i małą rezystancją wyjściową (RO). Właściwości funkcjonalne wzmacniacza
operacyjnego są kształtowane przez odpowiedni dobór elementów obwodu (pętli) sprzężenia
zwrotnego.
ZASTOSOWANIE:
Zakres funkcji realizowanych przy użyciu współcześnie wytwarzanych scalonych wzmacniaczy
operacyjnych jest bardzo szeroki, praktycznie nieograniczony. Pierwotnie układ ten był
stosowany w maszynach mat. (komputerach) analogowych do wykonywania operacji
dodawania (odejmowania), mnożenia (przez stałą wartość), całkowania i różniczkowania (stąd
jego nazwa). Obecnie wzmacniacze operacyjne znajdują zastosowanie m.in. do budowy filtrów
aktywnych, prostowników liniowych, generatorów funkcyjnych, przesuwników fazowych,
układów próbkująco-pamiętających, konwerterów, stabilizatorów napięcia i natężenia prądu,
detektorów szczytowych. Można je zaliczyć do najbardziej uniwersalnych układów
analogowych. Niektóre rodzaje wzmacniaczy operacyjnych to układy standardowe,
produkowane na całym świecie przez większość firm wytwarzających analogowe układy
scalone. Niestandardowe specjalizowane wzmacniacze operacyjne tworzą odrębną grupę
wzmacniaczy specjalnych, do której zalicza się m.in. wzmacniacze operacyjne pomiarowe,
izolacyjne, programowane (o zadawanych parametrach) oraz wzmacniacze operacyjne z
przetwarzaniem.
2.CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia jest obserwacja działania wzmacniacza operacyjnego.Następnie dla
wzmacniacza odwracającego wyznaczyc zależność napięcia wyjściowego U
WY
od napięcia
wejściowego U
1
.Kolejne dla wzmacniacza nieodwracającego wyznaczyć zależność napięcia
wyjściowego U
WY
od napięcia wejściowego.
3.WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY
3.1 Schemat układu pomiarowego:
3.2.Funkcja przejścia:
(
)
WE
WY
WY
WE
WY
WY
U
U
R
R
R
U
R
U
U
k
U
U
U
k
U
−
=
=
−
=
⇒
≈
−
=
=
−
2
1
2
1
1
0
1
0
1
0
0
3.3.Tabele pomiarowe
U
1
[V]
U
WY
[V]
0,04
0,03
1,06
-0,98
2,05
-1,97
3,01
-2,97
4,07
-4,00
5,07
-4,98
6,14
-6,06
7,10
-7,02
3.4.Charakterystyka U
WY
=
f(U
1
):
U(WY)
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
U(WE)
8,13
-8,04
9,10
-9,01
10,03
-9,94
11,02
-10,93
12,06
-11,96
13,00
-12,88
14,09
-12,95
15,08
-12,95
U
1
[V]
U
WY
[V]
0,03
0,04
-1,01
1,08
-2,04
2,10
-3,05
3,11
-4,05
4,11
-5,00
5,06
-6,05
6,11
-6,97
7,03
-8,05
8,10
-9,02
9,07
-10,05
10,09
-11,04
11,08
-12,05
12,09
-12,97
13,01
-14,06
14,10
-15,04
14,24
4.WZMACNIACZ NIEODWRACAJĄCY
4.1.Schemat układu pomiarowego:
4.2.Funkcja przejścia:
(
)
WE
WY
WE
WY
WY
WY
WE
WY
WE
U
U
R
R
U
U
R
R
R
U
k
U
U
U
k
U
U
2
1
1
2
2
1
1
0
0
1
=
+
=
+
+
=
=
−
4.3.
Tabele pomiarowe
U
1
[V]
U
WY
[V]
0,04
0,04
1,07
2,10
2,12
4,19
3,01
6,19
4,08
8,16
5,10
10,19
6,06
12,05
7,06
14,06
8,07
14,26
9,10
14,26
10,02
14,26
11,03
14,26
12,06
14,26
13,03
14,26
14,07
14,26
15,02
14,26
U
1
[V]
U
WY
[V]
0,03
0,03
-1,00
-2,00
-2,05
-4,09
-2,97
-6,00
-4,05
-8,07
-5,02
-10,04
-6,01
-11,94
-6,96
-12,95
-8,05
-12,95
-9,03
-12,95
-10,00
-12,95
-11,04
-12,95
-12,05
-12,95
-13,04
-12,95
-14,07
-12,95
-15,06
-12,95
4.4.
Charakterystyka U
WY
=f(U
1
):
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
U(WE)
U
(W
Y
)
5.WNIOSKI
Celem ćwiczenia było wyznaczyczenie zależności napięcia wyjściowego U
WY
od napięcia
wejściowego U
1
,dla wzmacniacza odwracającego i nieodwracającego.Po wyznaczeniu funkcji
przejścia oraz sporządzeniu charakterystyk U
WY
=f(U
1
) możemy stwierdzić iż warunek dla
wzmacniacza odwracającego tj:U
WY
=-U
WE
został spełniony cow idac na wykresie. Dla
wzmacniacza nieodwracającego warunek U
WY
=2U
WE
również został spełniony. Powyższe
warunki pozwalają stwierdzic iż ćwiczenie zostało wykonane poprawnie.