LABORATORIUM UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH	Dzień tygodnia: wtorek Godz. 8.30
Grupa: 10 Paweł Lisowski Wojciech Werwiński	Nr ćwiczenia: 10 Temat: Wzmacniacz operacyjny
Data wykonania: 95.12.19	Ocena:

1. Badanie sumatora.

Dla sumatora odwracającego i nieodwracającego należało określić wpływ zmian R1N, R2N, RS oraz zmiany amplitudy sygnału wejściowego na przebieg wyjściowy.

W przypadku sumatora prawdziwe s równania:
. Ponieważ prąd płynie w całości przez rezystor Rs, zatem napięcie wyjściowe może być określone liniową kombinacją napięć wejściowych

Na rysunku nr 1 zamieszczono przebieg sygnału wyjściowego sumatora powtarzającego (pierwszy), drugi przebieg - wejściowy miał charakter prostokątny, drugi przebieg jest stały.

R1=510 k

R2 =20k

Rs=200

Un1=3V

Na rysunku nr 2 przedstawiono podobny przebieg o zmienionych parametrach :

Un2=5V

Na rysunku nr 3 przedstawiono podobny przebieg o zmienionych parametrach :

R1=51 k

R2 =20k

Rs=200

Un1=3V

Zmiana wartości rezystancji R1N i R2N powodowała w przypadku zwiększania tych rezystancji zmniejszenie amplitud odpowiednich sygnałów dołączonych do danych wejść, natomiast w przypadku ich zmniejszania wzrost amplitud odpowiednich sygnałów.

Na rysunku nr 4 zamieszczono przebieg sygnału wyjściowego sumatora odwracającego o następujących parametrach:

R1N=1kW

R2N=51kW

RS=200W

Na rysunku nr 5 zamieszczono przebieg sygnału wyjściowego sumatora odwracającego o następujących parametrach:

R1N=1kW

R2N=1kW

RS=51kW

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów można stwierdzić, iż zmienianie wartości rezystorów RS, R1N oraz R2N ma podobny wpływ jak dla sumatora nieodwracającego tzn. wzrost RS powoduje wzrost amplitudy sygnału wyjściowego, natomiast wzrost rezystancji R1N i R2N powoduje zmniejszenie amplitud odpowiednich sygnałów dołączonych do danych wejść.

2. Badanie układu całkujcego.

Dla układu integratora odwracającego i nieodwracającego należało zbadać wpływ zmian R1N, R2N, R3N, RS i C3N na kształt przebiegu wyjściowego oraz określić wpływ zmian częstotliwości sygnału generatora fali prostokątnej.

W przypadku układu idealnego integratora odwracającego (w układzie występuje jedynie pojemność C3N oraz rezystancja R1N) i przy założeniu nieskończenie dużej rezystancji wejściowej wzmacniacza można napisać:

Prąd ten płynie jedynie przez pojemność, wywołując spadek napięcia:

Z właściwości masy pozornej wynika, że napięcie to jest równe ujemnej wartości napięcia wyjściowego, a zatem:

W przypadku układu całkującego stratnego transmitancję można wyrazić wzorem:

gdzie RS×C3N=t jest stałą czasową układu a k =
wzmocnieniem układu.

a) integrator nieodwracający

Prxebiegi z integratora nieodwracającego przedstawiono na rysunkach 7 - 11

7) C1n= 22 pF
R1=510

R3=

8) C1n=22 pF

R1=510

R3=1 k

9) C1n=22 pF

R1=20 k

R3=200

10) C1n=22 pF

R1=20 k

R3=200

11) C1n=100 nF

R1=20 k

R3=200

W przypadku zmiany wartości kondensatora C1N z 22nF na 100nF widać zmianę stałej czasowej układu. Zmiana wartości C1N wpływa na zmianę liniowości przebiegu wyjściowego. Jest on bardziej liniowy dla dużych wartości C1N. Dzieje się tak dlatego, że dla dużych wartości stałej czasowej poruszamy się w początkowym (liniowym) odcinku charakterystyki ładowania kondensatora. Gdy stała czasowa jest mała (duża szybkość całkowania) to w czasie trwania impulsu prostokątnego kondensator naładuje się do końca i przebieg przyjmie wartość stałą.

Zmiana wartości rezystancji R3N powodowała zmianę wartości amplitudy sygnału wyjściowego, wraz ze wzrostem wartości rezystancji malała amplituda, a kształt sygnału wyjściowego dążył do przebiegu prostokątnego (dla R3n= oo nasąpił zanik całkowania) .

b) integrator odwracający

Przebiegi pomiarów integratora przedstawione są na rysunkach 12 -15.

12) C3= 22p

Rs=120k

R7= oo

R1=20 k

13) C3= 22p

Rs=120k

R7= oo

R1=1 k

14) C3= 22p

Rs=10k

R7= oo

R1=1 k

15) C3= 56p

Rs=10k

R7= oo

R1=1 k

Zmiana wartości kondensatora C3N ma podobny wpływ jak kondensator C1N w integratorze nieodwracajacym. Zmiana wartości C3N wpływa na zmianę liniowości przebiegu wyjściowego. W przypadku zmiany wartości kondensatora C3N z 22pF na 56pF widać, iż sygnał wyjściowy dla C3N=56pF jest sygnałem piłokształtnym. Jest on bardziej liniowy dla dużych wartości C3N . Dzieje się tak dlatego, że dla dużych wartości stałej czasowej poruszamy się w początkowym (liniowym) odcinku charakterystyki ładowania kondensatora. Gdy stała czasowa jest mała (duża szybkość całkowania) to w czasie trwania impulsu prostokątnego kondensator naładuje się do końca i przebieg przyjmie wartość stałą.

Zmiana wartości rezystancji RS miała także identyczny wpływ jak dla układu całkującego nieodwracającego. Wzrost jej wartości powodował zmianę stałej czasowej, a co za tym idzie dążenie sygnału wyjściowego do przebiegu piłokształtnego, z tym że wartość tej rezystancji nie może być zbyt duża.

3. Badanie układu różniczkującego.

Dla układu integratora odwracającego i nieodwracającego należało zbadać wpływ zmian R1N, R6N, R7N, RS, C2N .

Przy założeniu idealności wzmacniacza operacyjnego i postępowaniu analogicznym do przeprowadzonego w przypadku integratora, można wykazać, że

Napięcie wyjściowe jest zatem pochodną napięcia wejściowego. Z powyższego wzoru wynika transmitancja napięciowa idealnego układu różniczkującego:

Wielkość wd nazywa się pulsacją układu różniczkującego. Jest ona pulsacją odcięcia.

Przebiegi pokazane są na rysunkach 16- 19.

Zmiana wartości pojemności C2N powoduje poszerzenie otrzymanego impulsu sygnału wyjściowego co można zauważyć na rys. 18 ( C2N=56pF) i rys. nr 19 (C2N=270pF).

Zwiększenie wartości rezystancji R6N powodowało zmniejszenie amplitudy sygnału wyjściowego i rozmycie otrzymanego sygnału wyjściowego.

4.Wnioski

Badane podczas ćwiczenia układy stanowiły niegdyś podstawowe układy arytmetycznych maszyn analogowych, z których zestawia się inne układy realizujące takie funkcje jak: pierwiastkowanie, logarytmowanie, potęgowanie i inne. Układy różniczkujące i całkujące znajdują obecnie zastosowanie w najróżniejszych analogowych systemach przetwarzania sygnałów. Układ integratora jest jednym z podstawowych elementów budowy filtrów aktywnych. Podstawowym ograniczeniem stosowania WO jest pasmo częstotliwościowe, które, ze względu na wymaganie dużego wzmocnienia oraz dopuszczalne częstotliwości pracy WO, nie jest szerokie. Najnowsze rozwiązania WO dopuszcają pracę w zakresach powyżej 1 MHz. Są to układy MOS lub inne korzystające z najnowszych technologii.

---