POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Ćwiczenie nr 7	Temat: Badanie wzmacniacza operacyjnego.	Zespół 1: 1. Milcarz Michalina 2. Mikosza Tomasz 3. Malicki Paweł
Data: 29.11.1999	Ocena: 8	WEAiI

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych wzmacniacza operacyjnego w układzie nieodwracającym oraz odwracającym przy zadanym wzmocnieniu napięciowym k_U, a także wyznaczenie charakterystyk przesunięcia sygnału wyjściowego względem wejściowego, wyznaczenie charakterystyk przedstawiających zależność napięcia wyjściowego od wejściowego w zależności od częstotliwości sygnału i zbadanie wzmacniacza operacyjnego w układach: całkującym oraz różniczkującym.

2. Schemat pomiarowy.

1. 
   Układ nieodwracający:

2. 
   Układ odwracający:

3. Układ całkujący:

4. Układ różniczkujący:

3. Projekt wzmacniacza.

1. Wzmacniacz nieodwracający:

Zadaniem naszym było zaprojektowanie wzmacniacza nieodwracającego na wzmacniaczu operacyjnym o wzmocnieniu k_u=10
:

• wzmocnienie wzmacniacza w układzie nieodwracającym opisuje zależność:

wartości rezystancji dobieramy tak aby iloraz
był równy 9:

R₁= kΩ

R₂= kΩ

2. wzmacniacz odwracający:

należy zaprojektować wzmacniacz odwracający na wzmacniaczu operacyjnym o wzmocnieniu k_u=10
:

• wzmocnienie wzmacniacza w układzie odwracającym opisuje zależność:

wartości rezystancji dobieramy tak aby iloraz
był równy 10:

R₁=1kΩ

R₂=10kΩ

wartość rezystancji R₃ dobieramy według zależności:

R₃=909Ω

4. Tabele pomiarowe.

1. wzmacniacz nieodwracający:

f	U1	U2	t0	φ	ku=
Hz	V	V	μs	º
20	1,3	11	0	0	8,46
50	1,3	13	0	0	10
70	1,3	13	0	0	10
100	1,3	13	0	0	10
200	1,3	13	0	0	10
500	1,3	13	0	0	10
800	1,3	13	0	0	10
1k	1,3	13	0	0	10
3k	1,3	13	2	2,16	10
6k	1,3	13	1	2,16	10
8k	1,3	13	1	2,88	10
10k	1,3	13	1	3,6	10
20k	1,3	11,5	1	7,2	8,85
40k	1,3	6,5	1	14,4	5
70k	1,3	3,4	1	25,4	2,62
100k	1,3	2,4	0,8	28,8	1,85
200k	1,3	1,5	0,52	37,4	1,15
400k	1,3	0,8	0,36	51,84	0,62
600k	1,3	0,56	0,3	64,8	0,43
1M	1,3	0,32	0,1	72	0,25

• wyznaczanie charakterystyki U₂=U₂(U₁):

dla f=100Hz

U1	V	0,31	0,56	0,72	1,25	2	2,5	2,8
U2	V	3	5,4	7	12,5	20	24	24

dla f=1kHz

U1	V	0,08	0,125	0,32	0,44	0,64	0,76	1,1	1,65	2,5
U2	V	0,78	1,2	3	4,2	6	7,6	10,4	16	24

dla f=100kHz

U1	V	0,09	0,14	0,225	0,39	0,5	0,76	1,2	1,6	2,4
U2	V	0,58	0,92	1,35	2,05	2,25	2,25	2,3	2,4	2,5

2. układ odwracający:

f	U1	U2	t0	φ	ku=
Hz	V	V	μs	º
20	1,4	13,5	0	0	9,6
50	1,4	14	0	0	10
80	1,4	14	0	0	10
100	1,4	14	0	0	10
300	1,4	14	0	0	10
500	1,4	14	0	0	10
800	1,4	14	0	0	10
1k	1,4	14	0	0	10
3k	1,4	14	4	184,32	10
5k	1,4	14	3	185,4	10
8k	1,4	14	3	188,64	10
10k	1,4	14	2,5	189	10
20k	1,4	12,5	3,2	203,4	8,93
40k	1,4	6,4	3,8	234,72	4,57
60k	1,4	4,0	3,0	244,8	2,86
90k	1,4	2,8	2,3	254,2	2
200k	1,4	1,5	1,05	255,6	1,07
500k	1,4	0,64	0,58	284,4	0,46
800k	1,4	0,4	0,4	295,2	0,3
1M	1,4	0,32	0,38	316,8	0,23

• wyznaczanie charakterystyki U₂=U₂(U₁);

dla f=100Hz

U1	V	0,048	0,1	0,24	0,38	0,66	1,1	1,6	2,2	2,4
U2	V	0,47	1	2,35	3,7	6,6	10,6	16	22	24

dla f=1kHz

U1	V	0,072	0,16	0,25	0,48	0,66	1,6	1,8	2,4
U2	V	0,66	1,6	2,5	4,6	6,6	16	18	23,5

dla f=100kHz

U1	V	0,04	0,068	0,18	0,34	0,47	0,78	1	1,75	2,25
U2	V	0,26	0,43	1,1	1,35	2,15	2,45	2,7	2,8	2,8

• dla wzmacniacza w układzie odwracającym obserwowaliśmy także odpowiedź wzmacniacza na sygnał prostokątny dla dwóch różnych częstotliwości f=1kHz oraz f=100kHz.

3. układ całkujący i różniczkujący;

• dla wzmacniacza operacyjnego w układzie całkującym i różniczkującym obserwowaliśmy odpowiedź wzmacniacza na różne sygnały wejściowe: prostokątny, trójkątny i sinusoidalny dla częstotliwości f=1kHz; przebiegi te są przedstawione na rysunkach w dalszej części sprawozdania.

5. Wnioski.

Wzmacniacz operacyjny jest elementem który znalazł szerokie zastosowanie w elektronice, układy badane na zajęciach są jedynie kilkoma układami w jakich może pracować. Wzmacniacz operacyjny to element o bardzo dużym wzmocnieniu napięciowy i prawie nigdy nie pracuje w układach bez sprzężenia zwrotnego, amplituda sygnału wyjściowego jest jedynie ograniczona przez napięcie zasilające i nie może być od niego większa.

Z przeprowadzonych przez nas pomiarów wykreśliliśmy charakterystyki: częstotliwościowe, kąta przesunięcia fazowego sygnału wyjściowego względem sygnału wejściowego oraz charakterystykę U₂=U₂(U₁) która przedstawia zależność sygnału wyjściowego U₂ od sygnału wejściowego U₁ dla trzech różnych częstotliwości sygnału wejściowego. Wzmacniacz operacyjny pracujący w układzie nieodwracającym jak i zarówno w układzie odwracającym ma taką samą charakterystykę częstotliwościową. Wyznaczona przez nas górna częstotliwość graniczna dla obu wzmacniaczy jest prawie taka sama i wynosi ona f_g=30kHz, w porównaniu do wzmacniacza na tranzystorze bipolarnym jak i zarówno na tranzystorze polowym górna częstotliwość graniczna jest mniejsza. Wzmacniacz ten może być jednak używany do wzmacniania sygnałów o małej częstotliwości (akustycznej), także różnica kąta przesunięcia fazowego sygnału wyjściowego względem sygnału wejściowego jest w tym zakresie nieduża tz. od 0 do 30kHz, i tak dla układu nieodwracającego jest ona równa około 10º, a dla układu odwracającego wynosi ona ok. 25º.

Z charakterystyki U₂=U₂(U₁) dla obu układów pracy wzmacniacza operacyjnego wynika, że dla małych częstotliwości dla których wykreślaliśmy charakterystykę wzmacniacz pracuje wedle założeń tz. wzmacnia on sygnał wejściowy 10-krotnie i dla układu nieodwracającego przesunięcie sygnału wyjściowego względem wejściowego wynosi 0º, a dla układu odwracającego 180º. Natomiast dla częstotliwości 100kHz wzmacniacz nie wzmacnia tak jak powinien a przebiegi wyjściowe są zdeformowane, maksymalne wzmocnienie które osiągnęliśmy wynosi ok. 2.8
.

Dla układu całkującego oraz różniczkującego obserwowaliśmy odpowiedź wzmacniacza na różne sygnały wejściowe: prostokątny, trójkątny i sinusoidalny dla częstotliwości f=1kHz.

---