Politechnika Śląska Gliwice, 14. 12. 1999

Wydział AEiI

Kierunek Informatyka

Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych

Grupa 5, sekcja 1:

Adrian Brosz

Klaudiusz Bryja

Damian Piofczyk

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z układami nieliniowymi, których budowę oparto na wzmacniaczach operacyjnych, zrozumienie zasad ich działania i konstruowania oraz określenie źródeł błędów charakterystycznych dla tych układów.

2. Przebieg ćwiczenia

Badanie dyskryminatorów.

Dla układów dyskryminatorów napięcia wyznaczaliśmy charakterystyki przejściowe.

1. dyskryminator napięcia oparty na jednym wzmacniaczu operacyjnym

Powyższy układ posiada jeden punkt (napięcie odniesienia), dla którego napięcie wyjściowe zmienia się ze stanu wysokiego w niski i na odwrót. Napięcie przełączenia wynosi 4,95 V

2. dyskryminator napięcia z histerezą

Ten układ dyskryminatora posiada histerezę, tzn. reaguje na inny poziom napięcia wejściowego przy jego zwiększaniu oraz na inny przy zmniejszaniu. Zapobiega to częstym zmianom napięcia wyjściowego (przełączanie ze stanu wysokiego na niski i na odwrót), gdy napięcie wejściowe oscyluje w granicach napięcia odniesienia.

Szerokość pętli histerezy wynosi 0,2 V, dla Un=0V i 0,24 V, dla Un=5V

Punkty przełączenia:

• dla Un=0V - 0,08 przy przełączeniu z niskiego na wysoki, -0,12V przy przełączeniu z wysokiego na niski

• dla Un=5V - 5,16 przy przełączeniu z niskiego na wysoki, 4,92V przy przełączeniu z wysokiego na niski

3. dyskryminator z ujemnym nieliniowym sprzężeniem zwrotnym w układzie różnicowym

Niedogodnością tutaj jest dosyć silna zależność napięcia wyjściowego od napięcia wejściowego, co na wykresie uwidacznia się dosyć dużym kątem nachylenia charakterystyki (znaczna zmiana napięcia wyjściowego przy zmianach napięcia wejściowego poza napięciem odniesienia). Układ posiada również pętlę histerezy, lecz węższą niż poprzedni.

Szerokość pętli histerezy wynosi 0,09 V, dla Un=0V i 0,1 V, dla Un=5V

Punkty przełączenia:

• dla Un=0V - 0,03V przy przełączeniu z niskiego na wysoki, -0,06V przy przełączeniu z wysokiego na niski

• dla Un=5V - 5V przy przełączeniu z niskiego na wysoki, 4,9V przy przełączeniu z wysokiego na niski

Badanie ograniczników napięcia

Ograniczniki napięcia mają za zadanie wzmacnianie napięcia wejściowego z ograniczeniem od dołu, od góry lub obustronnie.

a)

Ogranicznik ten posiada ograniczenie z dołu i z góry. Ograniczenie z góry jest w okolicach 5,5 V, natomiast z dołu w okolicach -4,3 V.

b) ogranicznik z diodami Zenera

Ogranicznik ograniczający z dołu i z góry. Ograniczenie górne ok. 5,6 V, ograniczenie dolne ok. -4,3 V

4. Jednostronny ogranicznik napięcia

Ogranicznik ten ogranicza napięcie dodatnie na poziomie 0,18mV, natomiast wzmacnia napięcie ujemne.

Wnioski:

1. Dyskryminator z jednym wzmacniaczem operacyjnym (rys. 1) posiada tę niedogodność, że przy zmianach napięcia w okolicy napięcia przełączania, mogą następować częste zmiany stanów, co często jest niepożądane (zwłaszcza jeśli układ ten steruje np. urządzeniem większej mocy (np. silnik)).

2. Wady tej pozbawiony jest dyskryminator z pętlą histerezy. Tutaj niewielkie zmiany napięcia wejściowego w okolicach napięcia przełączającego nie powodują zmian na wyjściu.

3. Dyskryminator z rys. 2 utrzymuje stałe poziomy napięć w stanie wysokim i niskim. Natomiast dyskryminator z ujemnym sprzężeniem zwrotnym ma charakterystykę dosyć silnie uzależnioną od napięcia wejściowego, tzn. stan wysoki i niski mają poziomy napięć zależne od Uwe.

4. Ograniczniki dwustronne napięć posiadają w swych charakterystykach pewien zakres pracy liniowej (w okolicach napięć wejściowych równych 0), natomiast dla |Uwe| > ok.2V zaczyna działać ograniczenie i na charakterystykach objawia się to zagięciem wykresów, aż do linii poziomej (stałe napięcie wyjściowe).

5. Jednostronny ogranicznik napięcia ogranicza napięcia dodatnie (stały poziom ok. 0,18V), ujemne napięcie przenoszone jest na wyjście. Układ ten odwraca fazę (dla napięć wejściowych - ujemnych, napięcie wyjściowe jest dodatnie).

6. Ograniczniki są stosowane, np. do zabezpieczania wejść układów przed przed zbyt dużą wartością sygnałów wejściowych.

7. Jednostronny ogranicznik napięcia pracuje jak idealna dioda (dla małych częstotliwości), natomiast dla dużych częstotliwości charakterystyka jego się zniekształca, co jest spowodowane koniecznością przełączania się wzmacniacza (ograniczeniem jest wielkość parametru slew-rate).

---