Ćwiczenie 2
WZMACNIACZ OPERACYJNY
1. Wstęp.
Wzmacniacze operacyjne są to analogowe układy elektroniczne, charakteryzujące się bardzo duŜym wzmocnieniem sygnału oraz sprzęŜeniem bezpośrednim. Wzmacniacz operacyjny wraz z obwodami pętli sprzęgających moŜe wykonywać róŜne operacje matematyczne m.in.
dodawania, odejmowania, całkowania, róŜniczkowania, logarytmowania. Na laboratorium zapoznaliśmy się z własnościami wzmacniacza operacyjnego oraz wykonaliśmy na podanych obwodach proste działania matematyczne.
2. Wyznaczenie charakterystyk Uwy=f(Uwe).
Do podanego wzmacniacza operacyjnego podłączyliśmy napięcie na wejściu. Zmieniając jego wartość otrzymywaliśmy róŜne wartości napięcia na wejściu, otrzymane dane pozwoliły na wykonanie charakterystyki. Wyniki notowaliśmy dla róŜnych wartość wzmocnienia Ku .
• Ku = -1
Uwe
Uwy
V
V
-9,79
9,82
15
-9,31
9,37
ać!
ać
Charakterystyka wzmocnienia dla Ku=1
-7,3
7,35
10
-5,56
5,59
-3,24
3,25
5
-0,56
0,56
y
0,61
-0,63
w
0
U
1,25
-1,26
-15
-10
-5
0
5
10
15
1,87
-1,89
-5
2,62
-2,65
-10
4,09
-4,13
5,13
-5,17
8,98
-8,97
10,16
-10,24
Dla wzmocnienia Ku = -1 ch ie spisyw
ie spisy-15Uwe
Uwe
Uwy
Narakterystyka ma charakter liniowy.
• Ku = -10
Charakterystyka wzmocnienia dla Ku=-10
V
V
20
-2,28
14,39
-2
14,39
15
-1,7
14,38
10
-1,1
11
-0,89
8,85
5
y
0,37
-3,85
wU
1,05
-10,56
0
-4
-2
0
2
4
6
1,47
-13,04
-5
2,4
-13,05
5,38
-13,05
-10
-15
Uw e
Dla wzmocnienia Ku=-10 charakterystyka ma charakter liniowy w obszarze w którym nie występuje nasycenie. Współczynnik kierunkowy prostej jest równy -10, czyli równy jest wzmocnieniu. Natomiast dodatni poziom nasycenia wyznacza napięcie wyjściowe równe ok.
14,39 V, ujemny poziom nasycenia wynosi ok. -13,05 V. Na wykresie charakterystyka ma stałą wartość dla dolnego poziomu nasycenia powyŜej pewnej wartości napięcia wyjściowego, znajdującego się mniej więcej na poziomie 1,4 V oraz dla górnego poziomu nasycenia poniŜej od. -1,4 V napięcia wejściowego, na wyjściu napięcie jest stałe.
• Ku = -2
Uwe
Uwy
V
V
Charakterystyka wzmocnienia dla Ku=-2
-8,1
14,38
-7,31
14,38
20
-5,5
11,15
15
-4,01
8,12
-2,97
6
10
-0,47
0,94
5
1
-2,07
yw
1,39
-2,84
U
0
2,45
-4,99
-10
-5
0
5
10
2,97
-6,06
-5
3,6
-7,32
-10
4,91
-9,98
6,34
-12,88
-15
7,48
-13,04
Uwe
ać!
ać
8,31
-13,04
Dla wzmocnienia Ku = -2 charakterystyka wygląda w podobny sposób jak dla Ku=-10. Inne jest tylko nachylenie części liniowej oraz inne wartości napięcia wejściowego dla którego występuje efekt nasycenia, wynoszą one ok. -7 V oraz ok. 6,4 V.
3. Realizacja sumy arytmetycznej.
Kolejnym punktem podczas zajęć było zrealizowanie sumy dwóch liczb za pomocą sumatora.
Do dwóch wejść układu podłączyliśmy dwa sygnały o róŜnych wartościach napięcia: X1=1,98 V
oraz X2=1,18 V na wyjściu z układu zmierzone napięcie wynosiło Y=-3,14 V. W rezultacie otrzymaliśmy sumę dwóc
uŜytego i
h e
napię
ć spisyw
ie spisy
odwróconą w fazie, czyli układ zrealizował działanie Y=X1+X2. Wynik obarczony jest niewielkim błędem wynoszącym niecały 1%, wynika on z nieidealności budowy wzmacniacza oraz mierników.
Schemat sumatora N podczas pomiaru:
4. Realizacja prostego równania arytmetycznego.
Ostatnim etapem ćwiczenia było wykonanie układu realizującego działanie: Y=2(X1+10X2)
Po dołączeniu na wejściu: X1=1,05 V oraz X2=0,08 V, na wyjściu mierniki wskazały wartość
Y=-3,7 V. Czyli układ prawidłowo wykonał działanie przy czym wynik ma wartość o przeciwnym znaku.
Schemat układu:
ać!
ać
5. Wnioski.
Wzmacniacze operacyjne w dobrym stopniu sprawdzają się jako urządzenia wykonujące operacje matematyczne. NaleŜy jednak uwaŜać, aby nie przekroczyć poziomu nasycenia, wtedy wyniki nie są prawidłowe. Poziomy nasycenia w przybliŜeniu nie zaleŜą od wartości wzmocnienia. Ze względu na prostą budowę oraz łatwość zastosowania wzmacniacze operacyjne znalazły szerokie zastosowanie w automatyce, naleŜy jednak pamiętać, aby do wzmacniacza zawsze prz
ań róŜn iyłice
ączać syspisyw
ie spisy
gnał analogowy. Kolejne zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych to rozwiązywanie prostych działań matematycznych: dodawanie, odejmowanie, całkowanie, róŜniczkowanie, ich konstrukcja daje moŜliwości zastosowania ich do rozwiązywania równNzkowych.