P.Rz. K.P.E. Laboratorium Elektroniki
WZMACNIACZ OPERACYJNY W UKA
ADACH LINIOWYCH
1. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest ugruntowanie wiadomości dotyczących: elementarnej teorii sprzężenia
zwrotnego, asymptotycznych charakterystyk częstotliwościowych układów wzmacniających i ich
kształtowania, a także wskazanie istnienia wielu interesujących zastosowań wzmacniaczy operacyjnych.
2. WST
P
W ćwiczeniu przedstawiono dwie grupy problemów, dotyczących zastosowań scalonych wzmacniaczy
operacyjnych. Pierwsza z nich to podstawowe zagadnienia związane z kształtowaniem charakterystyk
częstotliwościowych wzmacniaczy. Druga  to możliwości wykorzystania wzmacniaczy operacyjnych do
różnych celów w ramach liniowego przetwarzania sygnałów.
W ćwiczeniu bada się kolejno dwa układy. Pierwszy z nich to wzmacniacz o jednobiegunowej
charakterystyce dolnoprzepustowej, w którym m. in. mierzy się skończoną szybkość zmian napięcia
wyjściowego (slow rate).
Drugim badanym układem jest wzmacniacz o charakterystykach częstotliwościowych kształtowanych
za pomocą zewnętrznych elementów RC lub też układ mający spełniać zadaną funkcję, np. sumowanie
dwóch napięć. Wyboru rodzaju badanego układu dokonuje prowadzący.
3. OPIS TECHNICZNY STANOWISKA LABORATORYJNEGO
2.1. UNIWERSALNA PODSTAWKA LABORATORYJNA DO BADANIA WZMACNIACZA
OPERACYJNEGO
Pomiary laboratoryjne przewidziane w
ramach ćwiczenia realizowane są z
wykorzystaniem uniwersalnej podstawki
15V laboratoryjnej widocznej na Rys.1.
Podstawka ta umożliwia realizację
określonych układów pomiarowych poprzez
odpowiednią konfigurację elementów oraz
ich połączenia przy pomocy przewodów
US1
 bananowych oraz  zworek . Elementy
+
badanego układu należy przykręcić do
µA741
odpowiednich zacisków podstawki a
następnie połączyć zgodnie z danym
schematem . Należy przy tym pamiętać że
-15V
linie wytrasowane na powierzchni podstawki
oznaczają połączenia galwaniczne.
Prawidłowy przebieg pomiarów zależy
również od własciwego sposobu zasilania
układu (zasilanie symetryczne) oraz
odpowiedniego usytuowania układu
scalonego w podstawce. Dlatego przed
Rys.1. Uniwersalna podstawka laboratoryjna do
przystąpieniem do pomiarów należy
badania wzmacniacza operacyjnego
sprawdzic zgodność położenia układu
scalonego z widocznym znakiem, natomiast
do zasilania podstawki użyć przeznaczonego zasilacza symetrycznego (+15 V -15 V)
4. OBLICZENIA WST
PNE I PROJEKTOWE
4,1.Zaprojektowanie pierwszego badanego wzmacniacza polega na obliczeniu wartości rezystorów
dołączonych następnie do zacisków podstawki tak, aby wzmocnienie napięciowe układu, dla
częstotliwości bliskich zeru, było równe dwom (jednej dodatniej i jednej ujemnej), dowolnie wybranych
1
P.Rz. K.P.E. Laboratorium Elektroniki
z Tablicy.1. wartości. Rezystancja wejściowa zaprojektowanego wzmacniacza oraz drugiego badanego
układu nie może być mniejsza niż 2 k&!.
Tablica 1 Wartości wzmocnienia układu badanego kU0 [V/V]
+110 -110 +91 -90 +31 -30
+51 -50 +61 -60 +21 -20
4,2.Zaproponować schemat ideowy oraz obliczyć wartości elementów dyskretnych wzmacniacza o
asymptotycznej charakterystyce amplitudowej wybranej dowolnie spośród zamieszczonych na Rys.2.
Narysować przewidywaną asymptotyczną charakterystyką fazową.
b)
a)
ku [V/V]
ku [V/V]
-100 -100
-10 -10
-2
-1
-1
0,1
0,01 1 10 100 f [kHz]
0,02 1 10 100
f [kHz]
d)
c)
ku [V/V]
ku [V/V]
-100 -100
-20
-10
-10
-2
-1 -1
0,01 0,5 f [kHz]
10 100
0,05 1 10 100 f [kHz]
e)
f)
ku [V/V]
ku [V/V]
-100
-100
-50
-50
-10 -10
-1
-1
0,05 1 10 50 f [kHz] 5 f [kHz]
0,1 1 100
h)
g)
ku [V/V]
ku [V/ V]
-100 -100
-30
-10 -10
-1 -1
0,01 0,3 10 100
f [kHz]
0,1 1 10 100 f [kHz]
Rys.2. Asymptotyczne charakterystyki amplitudowe  założenia do projektowania wzmacniaczy. Nachylenia
odcinków charakterystyk wynoszą: 0 dB/dek, lub +20 dB/dek, albo  20 dB/dek
2
P.Rz. K.P.E. Laboratorium Elektroniki
4.3.Po przeprowadzeniu obliczeń projektowych można dokonać wstępnych symulacji układu. W tym celu
należy po uprzednim załogowaniu się na poziom studenta ( hasło: kpeprz) strony KPE pobrać plik o
nazwie  wzmacniacz operacyjny . Dostęp do pliku z poziomu strony głównej KPE odbywa się poprzez
klucz zakładek w postaci - >Laboratoria -> Laboratoria Podstaw Elektroniki ->Przykładowe symulacje i
wyniki pomiarów. Do uruchomienia symulacji niezbędny jest program PSpice wersja co najmniej 8.0
(wersja demo tego programu jest dostępna na tej samej stronie co pliki do symulacji). Po pobraniu
wszystkich niezbędnych składników symulacji należy rozpakować pliki i bazując na załączonej instrukcji
przeprowadzić symulacje.
5.OBSERWACJE I POMIARY
5.1. POMIARY CHARAKTERYSTYK WZMACNIACZA OPERACYJNEGO Z REZYSTANCYJNYM
OBWODEM SPRZ
ŻENIA ZWROTNEGO
Po wmontowaniu kolejno, obliczonych wg. danych z punktu 5 rezystorów, na podstawkę należy
zmierzyć charakterystyki czÄ™stotliwoÅ›ciowe (amplitudowÄ… kU (f) i fazowÄ… Õ(f)) wzmacniacza.
Wykorzystać do tego celu generator sinusoidalny przestrajany oraz oscyloskop cyfrowy. Wartość
amplitudy napięcia wejściowego generatora ustalić i zmierzyć przed pomiarem charakterystyki.
Przykładowy schemat przedstawiono na Rys.3.
Oscyloskop cyfrowy
15V
Częstościomerz
WE
Generator
-
US1
+
µA741
0
Zasilacz
-15V
Rys.3. Przykładowy schemat połączeń układu do pomiarów charakterystyk częstotliwościowych wzmacniaczy
z wykorzystaniem oscyloskopu cyfrowego. Na oscyloskopie cyfrowym należy ustawić pomiary: częstotliwości,
napięcia Vrms na wejściu, przesunięcia fazowego pomiędzy przebiegiem wyjściowym i wejściowym.
5.2. POMIAR MAKSYMALNEJ SZYBKOÅšCI ZMIAN NAPI
CIA WYJÅšCIOWEGO
Zmierzyć, korzystając z oscyloskopu, maksymalną szybkość zmian napięcia wyjściowego we
wzmacniaczu badanym w punkcie 5.1. Do wysterowania układu należy użyć generatora impulsów
prostokÄ…tnych.
5.3 POMIAR CHARAKTERYSTYK WZMACNIACZA KSZTAA
TOWANYCH ZA POMOC
ELEMENTÓW
R, C WA

CZONYCH W OBWÓD SPRZ
ŻENIA ZWROTNEGO
Zmontować układ badany obliczony wg. danych zawartych na Rys.3, a następnie zmierzyć jego
charakterystykÄ™ ku (f)  amplitudowÄ… i fazowÄ… Õ(f).
6. OPRACOWANIE WYNIKÓW
1. Porównać wyniki obliczeń i pomiarów. W komentarzu skorzystać z charakterystyk wzmacniacza
operacyjnego µA741 zawartych w dodatku; (patrz p. 5.1.)
2. Wyjaśnić, czy w czasie pomiaru charakterystyki częstotliwościowej wystąpiło ograniczenie szybkości
zmian napięcia wyjściowego (patrz p. 5.2.)
3
P.Rz. K.P.E. Laboratorium Elektroniki
3. Porównać zmierzoną wartość maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego badanego
wzmacniacza z danymi katalogowymi ukÅ‚adu scalonego µA741. WyjaÅ›nić ewentualne różnice
(patrz p. 5.2.)
4. Wyjaśnić, czy maksymalna szybkość zmian napięcia wyjściowego zależy od wartości wzmocnienia
układu ze wzmacniaczem scalonym (patrz p. 5.2.).
5. Porównać wyniki pomiarów z założeniami projektowymi i wyjaśnić ewentualne niezgodności
(patrz p. 5.3.).
6. Opisać, w jaki sposób sprawdzono właściwości badanego układu (patrz p. 5.3.).
7. LITERATURA
http://www.prz.rzeszow.pl/kpe/www/formularz.php?id_char=4&id=47
4