POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Laboratorium z Elektroniki Ćwiczenie 11 Temat: Wzmacniacz operacyjny - zastosowanie nieliniowe
Rok akademicki: 2004/2005 Wydział Elektryczny Studia dzienne magisterskie Grupa E-3 Nr podgrupy: 4	Wykonawcy:   1. Guźniczak Jacek 2. Hypś Paweł 3. Zdrenka Maciej	Data
				Wykonania ćwiczenia	Oddania sprawozdania
				16.12.2004r.	13.01.2005r.
				Ocena:

I. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było poznanie różnych aplikacji wykorzystujących wzmacniacz operacyjny w zastosowaniach nieliniowych. Ćwiczenie miało pokazać wykorzystanie wzmacniacza operacyjnego jako ogranicznika napięcia jedno- i dwukierunkowego, przerzutnika Schmitta i multiwibratora.

II. Schemat płytki pomiarowej:

I. Badanie wzmacniacza operacyjnego (charakterystyka U_wy = f (U_we) ) jako ogranicznika napięcia:

1. jednokierunkowego (załączony SD1)

1. S1 R₀₁ - włączony:

odchylanie poziome (U_we): 5

odchylanie pionowe (U_wy): 5

wartość napięcia ograniczonego:

2. S2 R₀₂ - włączony:

odchylanie poziome (U_we): 5

odchylanie pionowe (U_wy): 5

wartość napięcia ograniczonego:

3. S3 R₀₃ - włączony:

odchylanie poziome (U_we): 5

odchylanie pionowe (U_wy): 5

wartość napięcia ograniczonego:

2. dwukierunkowego (załączony SD2)

1. S1 R₀₁ - włączony:

odchylanie poziome (U_we): 5

odchylanie pionowe (U_wy): 5

wartość napięcia ograniczonego:

2. S2 R₀₂ - włączony:

odchylanie poziome (U_we): 5

odchylanie pionowe (U_wy): 5

wartość napięcia ograniczonego:

3. S3 R₀₃ - włączony:

odchylanie poziome (U_we): 5

odchylanie pionowe (U_wy): 5

wartość napięcia ograniczonego:

II. Badanie przerzutnika Schmitta zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego:

1. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f (U_we) dla zwartych przełączników S1 i S4

Uwe	Uwy
-5	-14.39
2.2	-14.39
3.07	-14.39
3.56	13.77
4.12	13.77
4.54	13.77
5	13.77
5	13.77
-3	13.77
-3.1	4.1
-3.24	-14.4
5	-14.39

2. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f (U_we) dla zwartych przełączników S2 i S4

Uwe	Uwy
-5	-14.42
4.5	-14.42
4.78	13.8
5	13.8
5	13.8
-4.5	13.8
-4.68	-14.42
-5	-14.42

3. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f (U_we) przy pomocy oscyloskopu dla zwartych przełączników S1 i S3

odchylanie poziome (U_we): 5

szerokość pętli histerezy:

4. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f (U_we) przy pomocy oscyloskopu dla zwartych przełączników S2 i S4

odchylanie poziome (U_we): 5

szerokość pętli histerezy:

5. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f (U_we) przy pomocy oscyloskopu dla zwartych przełączników S1 i S3

odchylanie poziome (U_we): 5

szerokość pętli histerezy:

6. Wyznaczanie charakterystyki U_wy = f (U_we) przy pomocy oscyloskopu dla zwartych przełączników S1 i S3 i S2

odchylanie poziome (U_we): 5

szerokość pętli histerezy:

III. Badanie multiwibratora zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego:

1. Przy włączonym przełączniku S5 + S9

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₆ = 2 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₆ = 2 kΩ

C = C₁ = 10 nF

T = 99 μs f = 10,10 kHz

2. S9 + S5 + S6 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₇ = 10 kΩ

C = C₁ = 10 nF

T = 497 μs f = 2,01 kHz

3. S9 +S5+S6+S7 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₈ = 100 kΩ

C = C₁ = 10 nF

T = 4,97 ms f = 201 kHz

4. S8+S9+S5+S6+S7 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₆ = 2 kΩ

C = C₂ = 22 nF

T = 218 μs f = 4,59 kHz

5. S8+S9+S5+S6 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₇ = 10 kΩ

C = C₂ = 22 nF

T = 1093 μs f = 914 Hz

6. S8+S9+S5 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₈ = 100 kΩ

C = C₂ = 22 nF

T = 10,9 ms f = 92 Hz

7. S8+ S5 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₆ = 2 kΩ

C = C₂ = 22 nF

T = 218 μs f = 4,59 kHz

8. S5+S8+ S6 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₇ = 10 kΩ

C = C₂ = 22 nF

T = 1093 μs f = 914 Hz

9. S5+S6+S7+S8 włączony:

wartość zmierzona:

wartość obliczona:

R₉ = 55 kΩ

R₁₀ = 10 kΩ

R_x = R₈ = 100 kΩ

C = C₂ = 22 nF

T = 10,9 ms f = 92 Hz

IV. Wnioski:

I. Przy wyznaczaniu charakterystyki U_wy = f (U_we) wzmacniacza operacyjnego jako ogranicznika napięcia, można zauważyć, że napięcie jest ograniczane dla wartości około 6,5 V. Dokładna wartość tego napięcia powinna wynosić 6,3 V, gdyż jest to spadek napięcia na diodach włączonych w obwód sprzężenia zwrotnego (5,6 V + 0,7 V = 6,3 V). W jednym z przypadków wartość ta przekracza znacznie właściwe napięcie. Im większa wartość rezystora podłączonego szeregowo do wejścia odwracającego wzmacniacza, tym dla większego napięcia wejściowego, napięcie na wyjściu jest ograniczane

II. Przy badaniu przerzutnika Schmitta zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego, wykreślono charakterystyki przejściowe U_wy = f (U_we) będących pętlami histerezy. Dla konfiguracji zwartych przełączników S1 i S4, wartość napięcia wyjściowego była ograniczona na poziomie:

-13,75 V oraz + 14,43 V, z kolei dla konfiguracji zwartych przełączników S2 i S4, wartości te wynosiły: -13,90 V oraz 14,46 - jak widać wartości napięć ograniczanych w obu przypadkach są podobne, różnicę zauważyć można w szerokości pętli histerezy, która dla pierwszego przypadku wynosi ok. 6,5 V (dla pętli histerezy wykreślonej na podstawie wyników pomiarów) oraz ok. 7 V (dla pętli histerezy zaobserwowanej na oscyloskopie), krzywa narastania (opadania) ma szerokość ok. 0,5 V. Dla drugiego przypadku wartości te wynoszą odpowiednio: ok. 9 V oraz ok. 10 V, zaś krzywa narastania (opadania) ma szerokość ok. 1 V, co jest mniej korzystne, niż w przypadku pierwszym. Jak widać obie metody wyznaczania pętli histerezy dały podobny wynik. Zaletą przerzutnika Schmitta jest fakt, iż w układach cyfrowych nie powoduje on zliczania impulsów poniżej pewnego napięcia (np. nie zlicza oscylacji).

III. Podczas badania multiwibratora zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego, mierzono czas trwania okresu generowanego okresu. Im większa była wartość rezystancji włączonej w obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza, tym czas trwania okresu się zwiększał a tym samym częstotliwość generowanego sygnału malała. Reguła ta się sprawdziła dla obu wartości pojemności C1 i C2. Wartości zmierzone za pomocą oscyloskopu różniły się zazwyczaj 2-3 - krotnie od wartości obliczonych za pomocą wzoru
.

7

---