Politechnika Świętokrzyska
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
Ćw. nr : 7	Temat : Badanie wzmacniaczy operacyjnych .	Zespół : 1. Norbert Kal 2. Arkadiusz Karliński 3. Rafał Różański 4. Konrad Iżycki
Data : 27-10-1998	Ocena :	Wydział : EA i I

• CEL ĆWICZENIA :

Celem ćwiczenia jest zbadanie wzmacniacza odwracającego , integratora odwracającego oraz układu różniczkującego zbudowanego w oparciu o wzmacniacz operacyjny.

• SCHEMATY POMIAROWE :

WZMACNIACZ ODWRACJACY :

Układ przedstawiony na rysunku ma wzmocnienie równe .

Wyznacza się go na podstawie idealnych parametrów wzmacniacza operacyjnego. Potencjał wejścia nieodwracającego jest równy 0, ponieważ wartość prądu polaryzującego IP = 0, więc także potencjał wejścia odwracającego musi być równy zeru .

Definiując współczynnik wzmocnienia mamy :

Rezystory R1 i R2 dobiera się tak aby za bardzo nie obciążać źródła sygnału, natomiast wartość rezystora R3 wynosi :
aby wyeliminować wpływ wejściowych prądów polaryzujących, gdyż w rzeczywistym wzmacniaczu nie są one równe zeru.

INTEGRATOR ODWRACAJACY

Aby otrzymać układ całkujący należy w układzie wzmacniacza odwracającego fazę zamiast rezystora R 2 użyć kondensatora. Kondensator C stanowi pętle ujemnego sprzężenia zwrotnego głównie dla wysokich częstotliwości. Dla tych częstotliwości wzmocnienie maleje, podczas gdy sygnały małej częstotliwości dochodzą bez przeszkód do wyjścia. Aby zmniejszyć wzmocnienie układu dla małych częstotliwości należy równolegle z kondensatorem włączyć rezystor o dużej wartości. Można osiągnąć prawdziwe działanie całkujące, skąd też wywodzi się nazwa integratora (układu całkującego). Ze względu na wejście odwracające obowiązuje następujące równanie całkowe:

Wzmocnienie napieciowe wynosi :

lub po uwzglednieniu rezystora R' :

UKŁAD RÓŻNICZKUJĄCY

W badanym układzie wzmacniacza odwracającego, jeżeli użyjemy zamiast rezystora R1 kondensator otrzymamy układ różniczkujący. Poprzez dzielnik RC, stanowiący pętle ujemnego sprzężenia zwrotnego, do wejścia przedostają się głownie małe częstotliwości. Układ ten działa więc jako filtr górnoprzepustowy.

Matematycznie napięcie wyjściowe spełnia równanie różniczkowe :

Wzmocnienie napięciowe ma postać :

• WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI WZMACNIACZA ODWRACAJĄCEGO :

TABELA POMIAROWA :

F	Hz	1	2	3	6	8	10	100	1k	10k	20k	30k	60k	80k	100k	200k	400k	700k	1M
Am	Dz.	0,7	1	1,15	1,7	1,87	1,9	2,1	2,1	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	2,2	1,7	1,2	0,7	0,5

Powyższa charakterystyka jest narysowana z PRZESKALOWANĄ OSIĄ częstotliwości , ponieważ na normalnej charakterystyce początek wykresu jest niemal niewidoczny ze względu na rząd wartości częstotliwości ( wykres poniżej ) . Oś została przeskalowana , aby lepiej można było uwidocznić całą charakterystykę .

• ODPOWIEDZI POSZCZEGÓLNYCH UKŁADÓW

NA SYGNAŁY GENERATORA :

• INTEGRATOR

Kondensator : 1F

SYGNAŁ SINUSOIDALNY

SYGNAŁ TRÓJKĄTNY

SYGNAŁ PROSTOKĄTNY

• UKŁAD RÓŻNICZKUJACY

SYGNAŁ SINUSOIDALNY

SYGNAŁ TRÓJKĄTNY

SYGNAŁ PROSTOKĄTNY

• WNIOSKI :

Na podstawie wyznaczonych charakterystyk częstotliwościowych można stwierdzić, że głównym zadaniem wzmacniacza jest wzmacnianie sygnałów elektrycznych.

Wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu charakteryzuje się szerokim pasmem przenoszenia , pasmo przenoszenia maleje wraz ze wzrostem wzmocnienia.

Jednakże wzmacniacz ten już przy niskich częstotliwościach wykazuje dosyć duże wzmocnienie napięciowe. Można zatem stwierdzić, że wzmacniacz operacyjny po odpowiednim skorygowaniu napięcia niezrównoważenia nadaje się do wzmacniania sygnałów stałonapięciowych. Prostota w konstrukcji układów i niska cena wzmacniaczy operacyjnych powoduje, że aplikacje tych elementów są w wielu układach bardzo często wykorzystywane. Umożliwiają łatwe konstrukcje np. przedwzmacniaczy napięciowych, aktywnych filtrów RC. Oprócz układów wzmacniacza (odwracającego i nieodwracającego) możemy wzmacniacz ten uruchomić w układach całkującym i różniczkującym. I tak , w zależności od tego jaki przebieg będzie podamy na wejściu wzmacniacza na wyjściu uzyskujemy np: cosinuoidę ( przy sinusoidalnym sygnale na wejściu ).

Integrator

Kondensator C przedstawiony na rysunku stanowi pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego bardzo silną dla wielkich częstotliwości. Dla tych częstotliwości wzmocnienie maleje, podczas gdy sygnały o małej częstotliwości są silnie wzmacniane przez układ. Układ zachowuje się zatem jak filtr dolnoprzepustowy.

Rezystor R' zapobiega wchodzeniu wzmacniacza w stan nasycenia i ogranicza wzmocnienie dla małych częstotliwości.

Układ różniczkujący

Na wyjściu tego układu, przy wymuszeniu prostokątnym uzyskujemy tylko krótkie impulsy (jednak w naszym przypadku wynika to prawdopodobnie z niewłaściwego doboru stałej czasowej obwodu RC) , wytworzone przez opadające bądź rosnące zbocza przebiegu prostokątnego. Wnioskować można z tego, że układ działa podobnie jak filtr górnoprzepustowy.

R₁

R₂

R₃

+E

-E

B

A

+

_

741

wy

+15V

0

DO -E

DO +E

OSCYLOSKOP

ZASILACZ

I

GENERATOR

_{_}

R₁

C

U₁

U₀

+

_

R'

R₁

C

U₁

U₀

-__

+

1 2 3 5 8 10 100 1 k 10 k 20 k 60 k 80 k 100 k 300 k 700 k 1 M

200 k 400 k

WARTOŚCI ODCZYTANE Z OSCYLOSKOPU

Charakterystyka otrzymana-

z pomiarów . Początek chara-

kterystyki jest niewidoczny dla częstotliwości ok : 1 Hz do

100 kHz , toteż trudno prześledzić jej przebieg .

f [ Hz ]

f [ Hz ]

---