Ćwiczenie nr 4:Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w układach liniowych.
Data: 1998-06-04
Skład grupy: Andrzej Rusiecki , Tomasz Leończuk, Marek Prokopczyk, Adam Kozłowski.

1. Zdejmowanie charakterystyki amplitudowej wzmacniacza operacyjnego objętego rezystancyjną pętlą sprzężenia zwrotnego.

Projekt wstępny polega na obliczeniu wartości rezystorów, dla wybranego z tabeli wzmocnienia. Poniższe obliczenia przeprowadzone zostały dla wzmocnienia - 100 [V/V].

Schemat projektowanego wzmacniacza:

Znając więc k_u=-100 [V/V] oraz zakładając np. R₃=2k, można łatwo obliczyć wartość rezystora oznaczonego na schemacie jako R₁:

[V/V], przez co:
, R₁= 200k.

Przyjmując następnie założenia podane w instrukcji:

k₀=150*10³±20% (k_0min=120*10³ oraz k_0max=180*10³ ),

podobnie dla częstotliwości:

f₀=5Hz±20% (f_0min=4Hz oraz f_0max=6Hz).

Posiadając powyższe dane możemy pokusić się o wyznaczenie przedziału, w którym powinna się zawierać częstotliwość graniczna f_g naszego wzmacniacza.

Wykorzystując prostą zależność (1 biegun przy f₀ oraz spadek od f₀ w kierunku wyższych częstotliwości z prędkością 20dB/dek), można wyznaczyć częstotliwość f_g (określającą przedział liniowej pracy wzmacniacza przy zadanym wzmocnieniu - dla wzmacniacza z otwartą pętlą SZ będzie to oczywiście f₀ ale w naszym przypadku będzie tę częstotliwość określało poniższe równanie).

;

Tak więc korzystając z powyższych zależności oraz z rozrzutu parametrów k₀ i f₀, można wyznaczyć pewien zakres w którym powinna zawierać się częstotliwość f_g­.

f_gmax=10,8k

f_gmin=4,8k

Próba doświadczalna dała następujące wyniki pomiarów:

f [Hz]	U [V]
21	5.85
89	6.332
238	6.324
839	6.268
1946	6.136
3315	5.917
4787	5.61
6223	5.258
7980	4.799
9746	4.350
12668	3.628
16482	2.951
21711	2.346
25006	2.081
30526	1.757
36911	1.497
44007	1.293
53628	1.101
67295	0.92
73864	0.856
98951	0.685

Powyższe punkty zobrazowane w postaci wykresu prezentują się następująco:

Z powyższego wykresu częstotliwość f_g można odczytać jako 10kHz, co zawiera się w dopuszczalnym przedziale uzyskanym z wcześniejszych kalkulacji.

Jak można zauważyć charakterystyka rzeczywista odbiega nieco od idealizowanego przebiegu czysto liniowego ze spadkiem 20dB/dek. (powyżej około 15kHz spadek staje się coraz bardziej łagodny przypominając tym przebieg wykładniczy).

Pomiar tzw. SR czyli prędkości zmian napięcia wyjściowego odbywał się poprzez zasilenie układu z generatora impulsów prostokątnych i obserwacji na ekranie oscyloskopu przebiegu napięcia wyjściowego (analiza pochyłości zbocza).

Obserwowany sygnał wyjściowy narastał w czasie 40μs o wartość 20V, przez co SR=500000 V/s , co jest wartością prawie dokładnie katalogową dla tego typu wzmacniacza operacyjnego (0,5 V/μs), co świadczy o prawidłowości pomiaru parametru SR.

Jako kolejny układ do analizy wybraliśmy INTEGRATOR. Jego schemat przedstawia się następująco:

Aby uzyskać zadane w instrukcji parametry należało obliczyć R₃ i C₁ (założyliśmy C=680nF).

,

Otrzymany przez nas układ rzeczywiście całkował podawany na jego wejście sygnał prostokątny, jedynie jego amplituda nie była zgodna z obliczoną. Powodem tego mógł być fakt, iż sygnał jaki podawaliśmy na wejście również nie był zgodny z takim jaki przyjęliśmy do obliczeń, przez co nie można było zaobserwować sprawności działania projektowanego przez nas układu a jedynie standardowy przebieg wyjściowy układu integratora sterowanego sygnałem prostokątnym.

4

---