POLITECHNIKA ŚLĄSKA
W GLIWICACH
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
Rok akademicki 1999/2000
LABORATORIUM Z ELEKTRONIKI:
BADANIE WZMACNIACZA OPERACYJNEGO.
Grupa I, Sekcja 5
Skład sekcji:
DAWID JENDROSKA
ADRIAN BOROK
MICHAŁ MIETŁA
MICHAŁ MARZEC
CEL ĆWICZENIA
Celem naszego ćwiczenia było badanie wzmacniacza operacyjnego w układach odwracającym, nieodwracającym i wtórnika emiterowego.
Wyznaczanie współczynników wzmocnienia dla układów wzmacniaczy odwracającego i nieodwracającego przy różnych wartościach rezystancji R1 i R2.
Wyznaczenie rezystancji wejściowej w układzie wtórnika napięciowego.
Wyznaczenie pomiarowo charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej, także zbadanie wpływu elementów obwodu kompensacji częstotliwościowej na tą charakterystykę.
SCHEMATY I TABELE POMIAROWE.
Schemat wzmacniacza odwracającego.
Układ był zasilany z generatora sinusoidalnego częstotliwością f=1000Hz przy pojemnościach stałych C56=200pF , C18=5nF.
Zmienialiśmy wartości rezystancji R1,R2 tym samym zmieniając wzmocnienie napięciowe wzmacniacza operacyjnego.
Tak otrzymane wzmocnienie porównywaliśmy ze wzmocnieniem otrzymanym na podstawie pomiaru napięć na wejściu UWE i na wyjściu UWYJ oscyloskopem.
Wartość wzmocnienia obliczaliśmy z zależności:
Znak `-` wynika z tego że napięcie na wyjściu jest odwrócone o 180o względem napięcia wejściowego.
Zestawienie wyników pomiarów dla układu odwracającego z obliczonymi wartościami wzmocnienia napięciowego K
R1=1k |
UWE=130mV |
R2=100k |
UWY=13V |
K=100 |
K=100 |
|
|
R1=1k |
UWE=110mV |
R2=10k |
UWY=1V |
K=10 |
K=9.1 |
R1=10k |
UWE=150mV |
R2=10k |
UWY=150mV |
K=1 |
K=1 |
R1=10k |
UWE=150mV |
R2=100k |
UWY=1.5V |
K=10 |
K=10 |
Następnie badaliśmy układ wzmacniacza nieodwracającego. Schemat wykorzystywany do wykonania niezbędnych pomiarów zamieszczony jest poniżej:
Układ ten był zasilany z generatora przy f=1000Hz.
Wzmocnienie napięciowe układu możemy wyznaczyć z zależności:
Zestawienie otrzymanych wyników:
R1=1k |
UWE=250mV |
R2=100k |
UWY=250V |
K=101 |
K=100 |
R1=1k |
UWE=250mV |
R2=10k |
UWY=2.75V |
K=11 |
K=11 |
R1=10k |
UWE=250mV |
R2=10k |
UWY=0.5V |
K=2 |
K=2 |
R1=10k |
UWE=250mV |
R2=100k |
UWY=3V |
K=11 |
K=12 |
Kolejnym etapem ćwiczenia było wyznaczenie rezystancji wejściowej wzmacniacza połączonego w układzie wtórnika.
Schemat na podstawie którego dokonaliśmy pomiarów:
I sposób wyznaczenia RWE.
W układzie zasilanym sygnałem o stałej amplitudzie dokonywaliśmy zmian pozycji klucza K.
Napięcie wyjściowe było mierzone za pomocą oscyloskopu.
Otrzymane wyniki są następujące:
Przełącznik K w pozycji otwartej: UWYO=7V
Przełącznik K w pozycji zamkniętej: UWYZ=12V
R2=1 MΩ
Na podstawie dokonanych pomiarów możemy obliczyć RWE korzystając z zależności:
RWE=1.4 MΩ
II sposób wyznaczenie RWE.
Utrzymujemy na wyjściu wzmacniacza stałą amplitudę napięcia, zmieniając jedynie napięcie wejściowe tak aby zachować tę zależność.(sygnał podawany na wejście przez R2 oraz przy zwartym R2)Korzystamy w celu obliczenia RWE ze wzoru:
UWEZ=7V
UWEO=12V
R2=1 MΩ
Skąd RWE=1.4 MΩ
Kolejnym elementem ćwiczenia było zdjęcie ch-ki amplitudowo częstotliwościowej dla układu wzmacniacza nieodwracającego(układ połączeń został przedstawiony wcześniej).
Otrzymana tabela pomiarowa przy R1=10k, R2=10k ,UWE=6V,C56=200pF ,C18=5nF
f[Hz] |
UWY[V] |
1000 |
12 |
2000 |
12 |
3000 |
12 |
4000 |
12 |
5000 |
12 |
6000 |
12 |
7000 |
12 |
8000 |
12 |
9000 |
12 |
10000 |
10 |
20000 |
6 |
25000 |
5 |
30000 |
3,5 |
Przy R1=10k, R2=10k ,UWE=6V,C56=20pF ,C18=500pF
f[Hz] |
UWY[V] |
10000-90000 |
12 |
100000 |
7 |
200000 |
5.6 |
300000 |
2.5 |
|
|
|
Na podstawie otrzymanych wyników sporządziliśmy wykresy:
Przy C56=200pF ,C18=5nF
Charakterystyka ampitudowo-częstotliwościowa. Przy C56=20pF ,C18=500pF
WNIOSKI
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów i sporządzonych charakterystyk można zauważyć, że na szerokość pasma przenoszenia wzmacniacza operacyjnego mają wpływ wartości kondensatorów kompensujących C56 i C18 Dla wartości C56 = 20 pF i C18 = 500 pF pasmo przepuszczania jest najszersze, natomiast dla wartości C56 = 200pF i C18 = 5 nF pasmo to jest najwęższe Na podstawie otrzymanych charakterystyk można także odczytać częstotliwości przy których następuje gwałtowna zmiana współczynnika wzmocnienia (wartości te są zaznaczone na ch-kach, zależą one od elementów wchodzących w skład obwodu kompensującego).
Na podstawie dokonanych pomiarów w celu wyznaczenia współczynników wzmocnienia napięciowego przy pomocy oscyloskopu doszliśmy do wniosku ,że jest to metoda pozwalająca na dość dokładne sprawdzenie wartości wzmocnienia. Wartości te jednak są obarczone błędem wynikającym z odczytu ze skali oscyloskopu.
Na podstawie wartości odczytanych z oscyloskopu(mierzyliśmy podwojoną amplitudę sygnału) i na podstawie znajomości wartości rezystancji włączanych w obwód wzmacniacza można określić współczynnik wzmocnienia napięciowego w układach wzmacniacza odwracającego i nieodwracającego(wzory zamieszczono w sprawozdaniu).
Jak wynika z obliczeń współczynnik ten wyznaczony za pomocą oscyloskopu i na podstawie znajomości rezystancji dla konkretnego połączenia przyjmuje prawie te same wartości, mały błąd wynika z niedokładnego odczytu ze skali oscyloskopu.
Pomiar rezystancji wtórnika pozwala na wyznaczenie tej rezystancji dwoma sposobami. Oba są prawidłowe i pozwalają na wyznaczenie tej samej rezystancji wejściowej RWE=1,4MΩ.
1
8
C18
C56
UWY
UWE
R3
UR
R1
R2
~
C18
C56
UWY
UWE
R3
UR
R1
R2
~
K
C18
C56
UWY
UWE
R2
~
K=g(f)