ĆWICZENIE LABORATORYJNE
TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów
wzmacniacza operacyjnego
1. WPROWADZENIE
Przedmiotem ćwiczenia jest zapoznanie się ze wzmacniaczem różnicowym, który
stanowi podstawowy element wzmacniacza operacyjnego oraz określenie wybranych
parametrów wzmacniacza operacyjnego. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z następującymi
parametrami:
- wzmocnienie różnicowe wzmacniacza;
- wzmocnienie sumacyjne;
- współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMMR);
- rezystancja wejściowa wzmacniacza;
- rezystancja wyjściowa wzmacniacza;
- szybkość narastania napięcia wyjściowego (SR);
- wejściowe napięcie niezrównoważenia;
- pasmo wzmacniacza.
2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
W celu należytego przygotowania się do ćwiczenia należy przestudiować zagadnienia z
następujących pozycji literaturowych:
1. Jeżykowski R., Kawałkiewicz P., Majewski J.   Układy elektroniczne WAT 1984, S-
45925 str. 143-145.
2. Watson J. -  Elektronika WKiA
1999, Syg. 55914, str. 170-173.
3. Tietze U., Schenk Ch., -  Układy półprzewodnikowe Wyd. III, WNT 1996, Syg. 53555,
str. 484-93, 141-148.
4. Horowitz P., Hill W., -  Sztuka elektroniki cz. 1, Wyd. IV, WKiA
1997, Syg. 55051, str.
110-113 i 187-188.
3. PRZYKA
ADOWE PYTANIA KONTROLNE
1. Omówić budowę wzmacniacza różnicowego.
2. Omówić zasadę pracy wzmacniacza różnicowego.
3. Podać określenie współczynnik tłumienia sygnału wspólnego.
4. Omówić teoretyczne parametry wzmacniacza operacyjnego.
5. Omówić metodę pomiaru rezystancji wejściowej wzmacniacza operacyjnego
wykorzystywaną w ćwiczeniu laboratoryjnym.
6. Podać określenie szybkości narastania napięcia wyjściowego.
7. Narysować schemat i omówić zasady kompensacji wejściowego napięcia
niezrównoważenia
Uwaga!
Zauważone błędy lub inne uwagi dotyczące instrukcji i ćwiczenia proszę kierować do
Wojciecha Pary tel. [phone] lub [e-mail]
4. PRZEBIEG ĆWICZENIA
A. Badanie wzmacniacza różnicowego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok c połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze
schematem przedstawionym na rys. 1.
+ 12V
R1 2 R1 3
4 ,7 k&! 4 ,7 k&!
OUT2
OUT1
Q3
Q2
3 9 0 4
3 9 0 4
R1 1 R1 6
1 k&! 1 k&!
R1 4
C1 1
R1 5
4 7 µ F
3 ,3 k&!
IN A
- 12V
B
VR1
1 k&!
C
Rys. 1. Schemat układu do badania wzmacniacza różnicowego
Pomiary:
- podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN) i oscyloskop do
jego wyjść (OTP1 i OTP2);
- ustawić suwak potencjometru VR1 tak aby rezystancja między punktami B i C była
największa (U =U );
wej1 wej2
- ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1kHz;
- regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalne niezniekształcone sygnały
wyjściowe;
- przerysować oscylogramy sygnałów wyjściowych i wejściowych;
- wykorzystując potencjometr VR1 ustawić U =1/2 U oraz U =0;
wej2 wej1 wej2
- dla powyższych sytuacji przerysować oscylogramy przebiegów wejściowych i wyjściowych.
Zadanie:
- na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe różnicowe K i sumacyjne
r
K , oraz współczynnik CMMR.
s
B. Pomiar rezystancji wejściowej R wzmacniacza operacyjnego
wej
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 2.
R2 2
1 0 0 k&!
A
R1 8
+12V
1 0 k&!
VR3
Uwyj
-
1 0 0 k&!
B
+
C
-12V
Uwej
<"
Rys. 2. Schemat układu do pomiaru rezystancji wejściowej R wzmacniacza operacyjnego
wej
Pomiary:
- ustawić VR3 na minimum (punkt B i C są zwarte );
- ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe U o częstotliwości f=1kHz;
wej
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop i tak dobrać amplitudę sygnału wejściowego
U aby uzyskać nie zniekształcony przebieg na wyjściu;
wej
- zanotować wartość amplitudy sygnału wyjściowego;
- za pomocą rezystora VR3 ustawić połowę amplitudy sygnału na wyjściu;
- wyłączyć zasilanie;
- wykorzystując omomierz zmierzyć wartość rezystora VR3 między punktami B i C;
- zanotować wartość rezystancji R .
wej
C. Pomiar rezystancji wyjściowej R wzmacniacza operacyjnego
wyj
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 3.
R2 2
1 0 0 k&!
R1 8
+12V
1 0 k&!
Uwyj
-
+
Uwej
<"
SW1
R2 5
A
-12V
2 2 &!
VR1
1 k&!
Rys. 3. Schemat układu do pomiaru rezystancji R wzmacniacza operacyjnego
wyj
Pomiary:
- ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe U o częstotliwości f=1kHz;
wej
- ustawić przełącznik SW1 w położenie  wył ;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop i tak dobrać amplitudę sygnału wejściowego
U aby uzyskać nie zniekształcony przebieg na wyjściu;
wej
- zanotować wartość napięcia wyjściowego U ;
wyj
- ustawić przełącznik SW1 w położenie  wł ;
- za pomocą rezystora VR1 ustawić połowę wartości napięcia wyjściowego U ;
wyj
- wyłączyć zasilanie;
- wykorzystując omomierz zmierzyć wartość rezystancji między punktem A i masą;
- zanotować wartość rezystancji R w tabeli 1;
wej
- procedurę pomiaru powtórzyć dla częstotliwości f=100Hz, 10kHz i 50kHz;
- wyniki zanotować w tabeli 1.
Tabela 1
f [kHz] 0,1 1 10 50
R [k&!]
wyj
D. Pomiar szybkości narastania napięcia wyjściowego  SR (slew rate)
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 4.
R2 3
1 k&!
R1 9
+12V
1 k&!
-
+
Uwej
-12V
Rys. 4. Schemat układu do pomiaru szybkości narastania napięcia wyjściowego
Pomiary:
- przyłączyć do wejścia wzmacniacza generator fali prostokątnej o częstotliwości f=1kHz;
- do wyjścia wzmacniacza przyłączyć oscyloskop;
- zmieniać częstotliwość napięcia wejściowego i obserwować na oscyloskopie sygnał
wyjściowy;
- dla kilku częstotliwości przerysować oscylogramy napięcia wyjściowego.
Zadanie:
- na podstawie przerysowanych oscylogramów obliczyć współczynnik narastania napięcia
wyjściowego SR korzystając z następującej zależności:
U
S R=
t
r
gdzie: U  amplituda impulsu;
tr  czas narastania.
E. Określenie szerokości pasma wzmacniacza operacyjnego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 5.
R2 2
1 0 0 k&!
R1 9
+12V
1 k&!
-
+
Uwyj
-12V
<"
Uwej R2 1
1 k&!
Rys. 5. Schemat układu do pomiaru szybkości narastania napięcia wyjściowego
Pomiary:
- ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe o amplitudzie U = 50 mV;
wej
- do wyjścia wzmacniacza przyłączyć oscyloskop;
- zmieniając częstotliwość napięcia wejściowego f od 30Hz do 30kHz, zmierzyć amplitudę
napięcia wyjściowego U ;
wyj
- wyniki zanotować w tabeli 2.
Tabela 2
f [Hz]
U [V]
wyj
K [V/V]
u
K [dB]
udB
Zadanie:
- obliczyć wzmocnienie wzmacniacza K i K ;
u udB
- wykreślić charakterystykę K =F(f);
udB
- wyznaczyć pasmo wzmacniacza na poziomie  3dB.
F. Pomiar wejściowego napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza odwracającego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 6.
R2 4
4 7 k&!
R2 0
+12V
4 , 7 k&!
IN3
-
+
+12V Uwyj
-12V
VR3
R1 7
1 0 0 k&!
1 0 0 k&! VR2
1 k&!
-12V
Rys. 6. Schemat układu do ustalenia napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza odwracającego
Pomiary:
- połączyć wejście wzmacniacza IN3 z masą układu;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć woltomierz napięcia stałego;
- zmierzyć wartość napięcia wyjściowego;
- jeśli napięcie wyjściowe nie równa się zeru to należy:
* ustawić maksymalną wartość rezystancji VR2;
* ustawić napięcie na wyjściu równe zero poprzez regulację rezystorem VR3;
- zmierzyć wartość napięcia w punkcie B rezystora VR3.
Zadanie:
- obliczyć napięcie niezrównoważenia wykorzystując wartości rezystorów R17 i VR2.
G. Pomiar wejściowego napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza nieodwracającego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 7.
R2 4
4 7 k&!
+12V
R1 7
R2 0
+12V
1 0 0 k&!
4 , 7 k&!
-
VR3
1 0 0 k&!
+
Uwyj
VR2
-12V
1 k&!
R2 1
-12V
1 k&!
Rys. 7. Schemat układu do regulacji napięcia niezrównoważeni dla wzmacniacza odwracającego
Pomiary:
- połączyć wejście wzmacniacza IN2 z masą układu poprzez rezystor R21;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć woltomierz napięcia stałego;
- zmierzyć wartość napięcia wyjściowego;
- jeśli napięcie wyjściowe nie równa się zeru to należy:
* ustawić maksymalną wartość rezystancji VR2;
* ustawić napięcie na wyjściu równe zero poprzez regulację rezystorem VR3;
- zmierzyć wartość napięcia w punkcie B rezystora VR3.
Zadanie:
- obliczyć napięcie niezrównoważenia wykorzystując wartości rezystorów R17 i VR2.
5. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA
Sprawozdanie powinno zawierać:
- krótki opis ćwiczenia;
- schematy ideowe układów pomiarowych;
- wyniki pomiarów;
- zdjęte oscylogramy i sporządzone wykresy;
- protokół pomiarowy podpisany przez prowadzącego ćwiczenie;
- przykładowe obliczenia;
- wnioski.