Wzmacniacz napięciowy na wzmacniaczu operacyjnym.

Założenia projektowe:

k_uf0 = - 20 [V/V]

k_ur = 150000 [V/V] +/-20%

f_b = 5 [Hz] +/-20%

Rys.1 Schemat ideowy wzmacniacza napięciowego o wzmocnieniu k_uf0 = - 20.

Zwiększając napięcie wejściowe ustaliliśmy jego największą wartość przy której napięcie

wyjściowe jest nie zniekształcone (wzmacniacz nie wchodzi w nasycenie) Uwemax = 0,7 [V].

Rys.2 Układ do badania charakterystyki amplitudowej i fazowej.

Korzystając z założeń projektowych i ich tolerancji obliczamy

teoretyczny zakres częstotliwości górnej : f _3dBmin i f_3dBmax.:

f_t = f_b * k_ur f_3dBmin = 21 [kHz] , f_3dBmax = 51 [kHz].

Przy wyznaczaniu charakterystyk amplitudowej i fazowej

ustaliliśmy napięcie wejściowe na poziomie 340 [mV].

Charakterystyka amplitudowa

Uwe=340 [mV]
f	Uwy	kuf
[kHz]	[v]	[V/V]
0,001	7,03	20,676
0,01	7,1	20,882
0,07	7,1	20,882
0,12	7,1	20,882
0,3	7,1	20,882
0,5	7,1	20,882
1	7,1	20,882
3	7,06	20,765
5	6,96	20,471
6	6,77	19,912
7	6,73	19,794
9	6,6	19,412
10	6,55	19,265
12	6,2	18,235
13	6,07	17,853
15	5,75	16,912
17	5,37	15,794
18	5,18	15,235
19	4,99	14,676
20	4,77	14,029
21	4,59	13,5
22	4,43	13,029
24	4,1	12,059
26	3,72	10,941
28	3,6	10,588
35	2,9	8,5294
50	2,2	6,4706
70	1,47	4,3235
100	1	2,9412

Charakterystyka amplitudowa Ku=f(f)

Charakterystyka fazowa

Uwe=340 [mV]
f	kat
[KhZ]	[stopnie]
0,001	-180
0,1	-180
0,2	-180
0,4	-180
1	-180
1,3	-180
1,8	-180
2,1	-181
2,7	-182
3	-182
	-186
8	-193
10	-198
12,7	-205
15	-211
18,1	-220
20,4	-226
23,2	-231
25	-235
28	-239
33	-245
40	-251
50	-257

Charakterystyka fazowa Kat=f(f)

Trzy decybelowy spadek wzmocnienia układu występuje przy częstotliwości 20.5 [kH], a więc określa on górną częstotliwość graniczną. Ograniczenie górnej częstotliwości jest spowodowane zastosowaniem pojemności kompensującej wewnątrz wzmacniacza. Obniża ona częstotliwość graniczną , jednak znacznie poprawia ona stabilność układu. Napięcie wyjściowe wzmacniacza nie może być równe zasilającemu ponieważ przy maksymalnym wysterowaniu końcowe tranzystory wchodzą w nasycenie odkłada się więc na nich spadek napięcia około 0.2 [V] do tego dodaje się spadek napięcia na rezystorach emiterowych tych tranzystorów, który zależy od prądu wyjściowego.

Impulsowy pomiar szerokości pasma układu odwracającego o wzmocnieniu k_uf0 = 1.

Rys.3 Wzmacniacz napięciowy o wzmocnieniu k_uf = 1

W układzie tym badaliśmy wartość czasu narastania ( t_n) oraz szybkość zmian napięcia na wyjściu ( SR). Z zaobserwowanych przebiegów odczytaliśmy następujące wartości:

t _n = 88 [us]

SR = 5/9 = 0.56 [V/us]

Przy wyznaczaniu tej pierwszej wartości napięcie wejściowe ustawiliśmy na poziomie ok. 0,2 [V], za przy wyznaczaniu SR Uwe wynosiło 5 [V].Typowa wartość współczynnika SR dla wzmacniacza uA741 wynosi

0,5 [V/us] . Tak więc otrzymany przez nas wynik nie odbiega znacznie od wartości katalogowej.

---