Wydział Informatyki Politechniki Białostockiej Laboratorium Informatyki Technicznej, Przedmiot: Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki	Data: 06.06.2013 r.
Ćwiczenie nr 7 Temat: Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych Zespół nr 1 Grupa nr 3 1. Jewdokimow Dawid 2. Kościuk Łukasz	Prowadzący: dr inż. Wiktor Jakowluk Ocena: …………

Teoria.

Wzmacniacz operacyjny dzięki swemu uniwersalnemu zastosowaniu jest obecnie

podstawowym, najbardziej rozpowszechnionym analogowym układem scalonym. Pojęcie

wzmacniacz operacyjny oznacza obecnie wzmacniacz o sprzężeniach bezpośrednich,

charakteryzujący się bardzo dużym wzmocnieniem i przeznaczony jest z reguły do pracy z

zewnętrznym obwodem ujemnego sprzężenia zwrotnego, przy czym właściwości tego

obwodu decydująco właściwościach całego układu.

Wzmacniacz operacyjny jest urządzeniem uniwersalnym, które można stosować do

wzmacniania sygnałów stało oraz zmiennoprądowych. W początkowym okresie układy te

projektowano w celu wykonywania operacji matematycznych, takich jak: dodawanie,

odejmowanie, mnożenie i całkowanie. Po dodaniu odpowiednich zewnętrznych elementów

sprzężenia zwrotnego współczesny wzmacniacz operacyjny można wykorzystać w

różnorodnych zastosowaniach, między innymi: wzmacnianie sygnału zmienno oraz

stałoprądowego, filtry aktywne, oscylatory, komparatory, regulatory, stabilizatory, itp.

Wzmacniacz operacyjny można stosować jako wzmacniacz odwracający, nieodwracający lub

różnicowy, a zastosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego powoduje stabilizację

wzmocnienia napięciowego i wzrost szerokości pasma przenoszenia obwodu wzmacniacza

operacyjnego.

Wzmacniacz operacyjny odwracający:

Wzmacniacz odwracający, w którym podany jest tylko jeden sygnał wejściowy na zacisk

odwracający wzmacniacza operacyjnego, przedstawiono na rysunku 1. Zacisk wejściowy

nieodwracający wzmacniacza jest uziemiony.

Realizacja zadania:

Podłączyć zasilanie napięciem stałym +12 V, -12 V z zewnętrznego źródła napięcia w

punktach wskazanych na rysunku 6 (można wykorzystać moduł ST2612 Analog Lab).

V_in = 12,16 V (CH1), V_in = 12,21 V (CH2)

1. Za pomocą potencjometru ustawić wartość rezystancji sprzężenia zwrotnego R_F na 10K,

mierząc ją pomiędzy zaciskami ‘E’ i ‘F’.

2. Za pomocą potencjometru ustawić wartość rezystancji ROM na 5K, mierząc ją między

zaciskami ‘H’ i ‘V_in2’.

3. W celu konfiguracji wzmacniacza odwracającego, połączyć zaciski ‘F’ z ‘G’ oraz ‘V_in2’ z

masą.

4. Połączyć sondę generatora funkcyjnego z zaciskiem ‘V_in1’, podając na wejście sygnał

sinusoidalny o amplitudzie 1 Vpp i częstotliwości 1 kHz.

5. Obserwować amplitudę sygnału wejściowego na kanale CH1 oscyloskopu.

6. Wyznaczyć wartość napięcia wyjściowego dla zadanej wartości napięcia wejściowego,

wykorzystując poniższą zależność:

V_out= -(RF/ R1)·V_in

7. Zaobserwować przebieg sygnału wyjściowego pomiędzy zaciskiem ‘V_out’ oraz masą na kanale CH2 oscyloskopu.

8. Odczytać wartość napięcia wyjściowego i zweryfikować różnicę pomiędzy obliczonym a zmierzonym napięciem wyjściowym.

9. Odczytać wartość przesunięcia fazowego pomiędzy przebiegiem wyjściowym a

wejściowym.

10. Powtórzyć powyższe postępowanie dla różnych wartości rezystancji sprzężenia zwrotnego R_F.

11. Powtórzyć powyższe postępowanie dla różnych wartości napięcia wejściowego ‘V_in’.

Uwaga:

Aby zaobserwować przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym a wyjściowym, konieczne jest podłączenie do oscyloskopu obu sygnałów – wejściowego i wyjściowego.

Numer pomiaru	Vin	RF	RF/R1	Vout (obliczone)	Przesunięcie fazowe (φ)	Vout (zmierzone)
1.	1 Vpp	20kΩ	2	2 V	180°	2,08 V
2.	-//-	30kΩ	3	3 V	180°	3,16 V
3.	-//-	40kΩ	4	4 V	180°	4,24 V
4.	-//-	50kΩ	5	5 V	180°	5,20 V
5.	-//-	60kΩ	6	6 V	180°	6,16 V
6.	-//-	70kΩ	7	7 V	180°	7,12 V
7.	-//-	80kΩ	8	8 V	180°	7,86 V

Wnioski:

1. Wartości sygnałów wyjściowych obliczonych i zmierzonych są praktycznie tożsame.

2. Przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym a wyjściowym wynosi 180º.

Realizacja zadania:

Podłączyć zasilanie napięciem stałym +12 V, -12 V z zewnętrznego źródła napięcia w

punktach wskazanych na rysunku 7 (można wykorzystać moduł ST2612 Analog Lab).

V_in = 12,16 V (CH1), V_in = 12,21 V (CH2)

1. Za pomocą potencjometru ustawić wartość rezystancji sprzężenia zwrotnego R_F na 10K, mierząc ją między zaciskami ‘E’ i ‘F’.

2. W celu konfiguracji wzmacniacza nieodwracający, połączyć przewodem zaciski ‘F’ z ‘G’

oraz ‘V_in1’ z masą.

3. Połączyć sondę generatora funkcyjnego z zaciskiem ‘H’, podając na wejście

nieodwracające sygnał sinusoidalny o amplitudzie 1 Vpp i częstotliwości 1 kHz.

4. Obserwować amplitudę sygnału wejściowego na kanale CH1 oscyloskopu.

5. Wyznaczyć wartość napięcia wyjściowego dla zadanej wartości napięcia wejściowego,

wykorzystując poniższą zależność: V_out= (1 + RF/ R1)·V_in

6. Obserwować przebieg sygnału wyjściowego między gniazdem ‘V_out’ a ziemią na kanale

CH1 oscyloskopu.

7. Odczytać wartość napięcia wyjściowego i zweryfikować różnicę pomiędzy obliczonym a

zmierzonym napięciem wyjściowym.

8. Odczytać wartość przesunięcia fazowego pomiędzy przebiegiem wyjściowym a

wejściowym.

9. Powtórzyć powyższe postępowanie dla różnych wartości rezystancji sprzężenia

zwrotnego R_F.

10. Powtórzyć powyższe postępowanie dla różnych wartości napięcia wejściowego ‘V_in’.

Numer pomiaru	Vin	RF	1+(RF/R1)	Vout (obliczone)	Przesunięcie fazowe (φ)	Vout (zmierzone)
1.	1 Vpp	20kΩ	3	3 V	0°	3 V
2.	-//-	30kΩ	4	4 V	0°	4,06 V
3.	-//-	40kΩ	5	5 V	0°	5,02 V
4.	-//-	50kΩ	6	6 V	0°	6,04 V
5.	-//-	60kΩ	7	7 V	0°	7,06 V
6.	-//-	70kΩ	8	8 V	0°	8,06 V
7.	-//-	80kΩ	9	9 V	0°	9,08 V

Uwaga:

Aby zaobserwować przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym a wyjściowym,

konieczne jest podłączenie do oscyloskopu obu sygnałów – wejściowego i wyjściowego.

Wnioski:

1. Wartości sygnałów wyjściowych obliczonych i zmierzonych są praktycznie tożsame.

2. Przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym a wyjściowym wynosi 0º.

Błędy.

Prawdopodobne przyczyny niepewności pomiarowej:
- ograniczona dokładność przyrządów pomiarowych
- możliwe minimalne zmiany napięcia w trakcie pobierania pomiarów
- możliwe wady modułu