Ćwiczenie 3

Wzmacniacze operacyjne w liniowych układach elektronicznych

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z najczęściej spotykanymi w praktyce liniowymi układami elektronicznymi zbudowanymi w oparciu o monolityczne wzmacniacze operacyjne.

1. Wzmacniacz nieodwracający

Układ wzmacniacza nieodwracającego ze sprzężeniem zwrotnym przedstawiono na rys.1

Rysunek 1 Wzmacniacz nieodwracający ze sprzężeniem zwrotnym

Dla tego układu wzmocnienie napięciowe wynosi:

K_U = 1 + R₂/R₁ /1/

i wzmacniacz nie odwraca fazy sygnału wejściowego. W szczególnym przypadku , jeśli R₁ → ∞ to układ jest wtórnikiem napięciowym o wzmocnieniu równym 1. Rezystancja wejściowa tego wzmacniacza jest bardzo duża, a wyjściowa bliska zero.

2. Wzmacniacz odwracający fazę.

Układ wzmacniacza odwracającego fazę z ujemnym sprzężeniem zwrotnym przedstawiono na rys.2

Rysunek 2 Wzmacniacz odwracający ze sprzężeniem zwrotnym

Dla tego układu wzmocnienie napięciowe wynosi:

K_U = - R₂/R₁ /2/

Rezystancja wejściowa układu jest równa R₁ a rezystancja wyjściowa jest bliska zero.

3. Wzmacniacz różnicowy

Układ wzmacniacza różnicowego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym przedstawiono na rys.3

Rysunek 3

Dla spełnionego warunku
, napięcie U_wy = A (U₂-U₁) (3)

4. Przetwornik prąd - napięcie realizowany na wzmacniaczu operacyjnym

Na rysunku 4 przedstawiono podstawowy układ przetwornika I/U.

Rysunek 4

Napięcie wyjściowe wyraża się zależnością
(4)

5. Przebieg ćwiczenia

1. Badanie wzmacniacza operacyjnego w układzie nieodwracającym z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rys.5

5.1.1 Podać napięcie zasilające +15V i -15V względem punktu 0. Zmieniając napięcie U_we zdjąć charakterystykę U_wy = f(U_we) przy zasilaniu napięciem stałym dla dwóch wartości R2= 100kΏ i 10kΏ. Wartość R1 = 10kΏ. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli 1.

Uwe [V]	-1,5	-1,4	-1,3	…..	0	…..	1,3	1,4	1,5	R2
Uwy [V]										R2=100k
Uwy [V]										R2=10k

Tabela 1

5.1.2 Podać napięcie zasilające +15V i -15V względem punktu 0. Zmieniając napięcie U_we zdjąć charakterystykę U_wy = f(U_we) przy zasilaniu napięciem stałym dla R2= 10kΏ . Wartość R1 = ∞. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli 2.

Uwe [V]	-1,5	-1,4	-1,3	…..	0	…..	1,3	1,4	1,5	R2
Uwy [V]										R2=10k

Tabela 2

2. Badanie wzmacniacza operacyjnego odwracającego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym

Połączyć układ pomiarowy jak na rysunku 6.

Uwe [V]	-1,5	-1,4	-1,3	…..	0	…..	1,3	1,4	1,5	R2
Uwy [V]										R2=100k
Uwy [V]										R2=10k

5.2.1 Podać napięcie zasilające +15V i -15V względem punktu 0. Zmieniając napięcie U_we zdjąć charakterystykę U_wy = f(U_we) przy zasilaniu napięciem stałym dla dwóch wartości R2= 100kΏ i 10kΏ. Wartość R1 = 10kΏ. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli 3.

Tabela 3

5.3 Badanie wzmacniacza różnicowego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym napięciem stałym

Uwe1 [V]	0	0,2	0,4	0,6	0,8	…..	2,6	2,8	3,0	Uwe2
Uwy [V]										1,5V

Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 7. Podać napięcie zasilające +15V i -15V względem punktu 0. Zmieniając napięcie U_we1 zdjąć charakterystykę U_wy = f(U_we1) przy zasilaniu napięciem stałym dla R2= 100kΏ , R1 = 10kΏ. , R4 = 100kΏ, R3= 10kΏ. Napiecie U_we2 ustawić na wartość 1,5V. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli 4

Tabela 4

5.4Badanie przetwornika prąd - napięcie

Połączyć układ pomiarowy zgodnie z rysunkiem 8. Zmieniając wartość prądu J za pomocą źródła prądowego zdjąć charakterystykę U_wy = f( J). Wyniki pomiarów umieścić w tabeli 5.

Rysunek 8

J we{mA	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
Uwy[V]
Uwy teoria

Tabela 5

5.5 Opracowanie wyników

5.5.1 Wykreśl charakterystyki U_wy = f ( U_we) z pomiarów zawartych w tabeli 1. Na tej samej charakterystyce zaznacz przebiegi obliczone teoretyczne wg wzoru (1).

5.5.2 Wykreśl charakterystyki U_wy = f ( U_we) z pomiarów zawartych w tabeli 2. Na tej samej charakterystyce zaznacz przebiegi obliczone teoretyczne wg wzoru (1).

5.5.3 Wykreśl charakterystyki U_wy = f ( U_we) z pomiarów zawartych w tabeli 3. Na tej samej charakterystyce zaznacz przebiegi obliczone teoretyczne wg wzoru (2).

5.5.4 Wykreśl charakterystyki U_wy = f ( U_we1) z pomiarów zawartych w tabeli 4. Na tej samej charakterystyce zaznacz przebiegi obliczone teoretyczne wg wzoru (3).

5.5.5 Wykreśl charakterystyki U_wy = f (J) z pomiarów zawartych w tabeli 5. Na tej samej charakterystyce zaznacz przebiegi obliczone teoretyczne wg wzoru (4).

5.5.6. Wyprowadź samodzielnie zależności wyznaczone wzorami (1), (2), (3), (4), (5) przyjmując, ze wzmacniacz operacyjny jest idealny.

5

R1

R2

R1

R2

Rysunek 5

Rysunek 6

Rysunek 7

---