Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Laboratorium elektroniki
Ćwiczenie nr 7	Temat: Badanie wzmacniacza operacyjnego			Zespół: 1) Mularczyk Paweł 2) Stoch Paweł 3) Tomaszewski Andrzej
Data wykonania ćwiczenia: 30.11.1999 r.		Data:	Ocena:

1. Schematy pomiarowy.

1. układ do badania wzmacniacza odwracającego

Spis elementów: R₁=1kΩ, R₂=4,7kΩ (pierwszy pomiar) oraz R₂=56kΩ (drugi pomiar)

2. układ do badania wzmacniacza nieodwracającego

Spis elementów: R₁=1kΩ, R₂=4,7kΩ

2. Spis przyrządów

• oscyloskop OS-9020A

• generator G 432

• zasilacz

3. Tabele pomiarowe

1. wzmacniacz odwracający

układ z R₂=4,7kΩ układ z R₂=56kΩ

U_we=1V ku= -5V U_we=100mV ku= -50V

f [Hz]	Uwypp [V]	log f	kU [V/V]	kU [dB]		f [Hz]	Uwypp [V]	log f	kU [V/V]	kU [dB]
10	4,2	1	4,2	12,46		10	4,8	1	48	33,62
20	4,2	1,3	4,2	12,46		20	5	1,3	50	33,97
50	4,2	1,7	4,2	12,46		50	5,1	1,7	51	34,15
100	4,2	2	4,2	12,46		100	5,2	2	52	34,32
200	4,3	2,3	4,3	12,67		200	5,2	2,3	52	34,32
500	4,3	2,7	4,3	12,67		500	5,2	2,7	52	34,32
1k	4,2	3	4,2	12,46		1k	5,1	3	51	34,15
2k	4,3	3,3	4,3	12,67		2k	5,2	3,3	52	34,32
5k	4,2	3,7	4,2	12,46		5k	4,6	3,7	46	33,25
10k	4,3	4	4,3	12,67		10k	3,8	4	38	31,6
20k	4,2	4,3	4,2	12,46		14k	3,7	4,14	37	31,36
50k	4,4	4,7	4,4	12,87		18k	3,3	4,25	33	30,37
98k	3	4,99	3	9,54		20k	2,9	4,3	29	29,24
100k	2,8	5	2,8	8,94		50k	1,5	4,7	15	23,52
200k	1,4	5,3	1,4	2,92		100k	0,7	5	7	16,9
500k	0,6	5,7	0,6	-4,44		200k	0,4	5,3	4	12,04
1 M	0,4	6	0,4	-7,96		500k	0,2	5,7	2	6,02
						1 M	0,1	6	1	0

Wielkości uzyskane z pomiarów:

układ z R₂=4,7kΩ układ z R₂=56kΩ

U_wygr=3,04V U_wygr=3,68V

ku_gr=3,04V/V ku_gr=36,8 V/V

f_d - brak f_d - brak

f_g=98 kHz f_g=14 kHz

2. wzmacniacz nieodwracający

U_we=1V ku= -5V

f [Hz]	Uwypp [V]	log f	ku [V/V]	ku [dB]
10	5,7	1	5,7	15,11
20	5,8	1,3	5,8	15,26
50	5,8	1,7	5,8	15,26
100	5,7	2	5,7	15,11
200	5,8	2,3	5,8	15,26
500	5,7	2,7	5,7	15,11
1k	5,7	3	5,7	15,11
2k	5,7	3,3	5,7	15,11
5k	5,7	3,7	5,7	15,11
10k	5,6	4	5,6	14,96
20k	5,5	4,3	5,5	14,8
50k	5	4,7	5	13,98
74k	4	4,86	4	12,04
90k	3,4	4,95	3,4	10,62	Wielkości uzyskane z pomiarów:
100k	2,6	5	2,6	8,3	Uwygr=4,03V
200k	1,4	5,3	1,4	2,92	kugr=4,03V/V
500k	0,7	5,7	0,7	-3,1	fd - brak
1M	0,4	6	0,4	-7,95	fg=74 kHz

4. Wykresy charakterystyk

1. 
   charakterystyka wzmacniacza odwracającego przy ku= -5V/V

2. 
   charakterystyka wzmacniacza odwracającego przy ku= -50V/V

3. charakterystyka wzmacniacza nieodwracającego przy ku= -5V/V

5. Przykładowe obliczenia:

6. Wnioski

Celem ćwiczenia było zbadanie wzmacniacza operacyjnego i wyznaczenie charakterystyk współczynnika wzmocnienia napięcia w funkcji częstotliwości k_U(f).

Z obliczeń przeprowadzanych w czasie pomiarów napięcie wyjściowe graniczne dla układu wzmacniacza odwracającego z R₂=4,7kΩ 3,04V, dla R₂=56kΩ U_wygr=3,68V, natomiast dla układu wzmacniacza nieodwracającego U_wygr=4,03V. Odpowiednio wartość graniczna wzmocnienia napięcia dla układu wzmacniacza odwracającego z R₂=4,7kΩ wynosi ku_gr=3,04 V/V, dla układu z R₂=56kΩ ku_gr=36,8 V/V, zaś dla układu wzmacniacza nieodwracającego ku_gr=4,03 V/V.

Z charakterystyk k_U(f), gdzie wzmocnienie napięcia wyrażone jest w decybelach, zaś f jest funkcją logarytmiczną częstotliwości, odczytujemy wartość graniczną wzmocnienia napięcia ku_gr odejmując 3dB od wartości, na której następuje stabilizacja współczynnika wzmocnienia napięcia. Graniczna wartość wzmocnienia napięcia dla wzmacniacza odwracającego wynosi ku_gr=9,7 dB dla R₂=4,7kΩ oraz ku_gr=31,3 dB dla R₂=56kΩ, zaś dla wzmacniacza nieodwracającego ku_gr=12,1 dB.

Również z charakterystyk wyznaczamy pasmo pracy wzmacniacza. Rozwiązując równanie, gdzie niewiadomą jest argument logarytmu, otrzymujemy wartość górnej częstotliwości granicznej wzmacniacza. I tak, dla układu wzmacniacza odwracającego górna częstotliwość ma odpowiednio wartość: f_g≈100kHz dla R₂=4,7kΩ (w pomiarach f_g=98kHz) oraz f_g≈14,1kHz dlaR₂=56kΩ (w pomiarach f_g=14kHz). Dla wzmacniacza nieodwracającego odczytując z charakterystyk otrzymujemy, że górna częstotliwość graniczna wynosi f_g≈70,81kHz (w pomiarach uzyskano f_g=74kHz). Różnice w wartościach wielkości wyliczonych z charakterystyk a wyliczonych w trakcie pomiarów są rzędu 1-5% i najprawdopodobniej spowodowane są niedokładnością odczytu z przyrządów pomiarowych i charakterystyk.

Patrząc na charakterystyki możemy zauważyć, że zarówno wzmacniacz odwracający jak i nieodwracający pracujący ze wzmocnieniem ku= -5V dla wysokich częstotliwości (poza pasmem pracy wzmacniacza) uzyskują ujemną wartość współczynnika wzmocnienia napięcia.

Podczas wykonywania pomiarów obserwowaliśmy na oscylografie przesunięcia fazowe napięcia wyjściowego względem napięcia wejściowego. Wraz ze wzrostem częstotliwości obserwowaliśmy również odkształcanie się przebiegów napięcia wyjściowego.

W czasie ćwiczenia przeprowadziliśmy również obserwację odkształceń przebiegów napięć dla integratora odwracającego oraz wzmacniacza różniczkującego.

---