SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM ELEKTRONIKI

ĆWICZENIE NR 2: Wzmacniacz operacyjny.

Przygotowali:

1. Wstęp

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych parametrów wzmacniacza operacyjnego oraz możliwości zastosowania tego typu układów elektronicznych. Wzmacniacz operacyjny to wzmacniacz prądu stałego o dużym wzmocnieniu. Jego nazwa wywodzi się od pierwotnego zastosowania do wykonywania operacji matematycznych
(np. sumowania, logarytmowania, różniczkowania, całkowania, itp.). Jest to układ analogowy.

1. Przebieg ćwiczenia

Na początku laboratorium badaliśmy wzmacniacz dla wzmocnienia K_u=1. Schemat takiego wzmacniacza przedstawia Rys.1. Zauważyliśmy, że napięcie wyjściowe jest równe wejściowemu (pomijając błędy pomiarowe), a więc przebieg zmiany napięcia jest liniowy. Dzięki wykonanym pomiarom jesteśmy w stanie naszkicować charakterystykę wzmocnienia napięciowego, którą przedstawia Wykres 1.

Rys.1.

Wykres 1.

Naszym kolejnym zadaniem było skonstruowanie układu wzmacniacza dla wzmocnienia Ku = 10. (Rys.2.). Zauważyliśmy, że nie jest możliwe wzmacnianie sygnału
w nieskończoność, gdyż po osiągnięciu pewnej wartości przebieg zaczyna się zakrzywiać.
Dla wartości granicznej napięcia wyjściowego (wartość nasycenia), dalszy jego wzrost nie był już możliwy. Wyznaczyliśmy wartość tego napięcia oraz naszkicowaliśmy wykres,
który przedstawia Wykres 2.

Rys.2.

Wykres 2.

Po opracowaniu wzmocnienia Ku=10, powtórzyliśmy nasze zadanie dla wzmocnienia Ku=2, dzięki zastosowaniu równoległego połączenia oporników o R=1 na wejściu (Rys.3.). Charakterystykę dla tego wzmocnienia przedstawia Wykres 3. Charakterystyka jest zbliżona do charakterystyki z Wykresu 2., jednak mamy inne napięcia wejściowe, dla których obserwujemy efekt nasycenia.

Rys.3.

Wykres 3.

Kolejnym celem laboratorium było wykonanie operacji sumowania. Sumowaliśmy dwa sygnały: Uwe₁ i Uwe₂ - schemat połączenia wskazuje Rys.4. Wynikiem naszego sumowania było wskazanie Uwy. Wyniki naszych pomiarów zamieszczone są w Tabeli 1.
W przypadku drugiego pomiaru wynik nie jest idealny, gdyż napięcie wyjściowe przekroczyło graniczną wartość.

Rys.4.

Tabela 1.

Uwe1[V]	Uwe2[V]	Uwy[V]
5,07	5,07	-10,23
5,07	8,8	-12,95

Następne zadanie polegało na wykorzystaniu układu wzmacniaczy do wykonania funkcji opisanej równaniem y=2*(x₁+2*x₂). Układ (Rys.5.) został wykorzystany do przeprowadzenia obliczeń dla dwóch kombinacji sygnałów wejściowych. Sygnały te zostały przedstawione
w Tabeli 2. razem z wynikiem rejestrowanym przez woltomierz.

Rys.5.

Tabela 2.

x1[V]	x2[V]	y[V]
1	1	-6
1	2	-10

Naszym kolejnym zadaniem było sprawdzenie wzmacniacza całkującego
(z wbudowanym kondensatorem zamiast opornika). Schemat wzmacniacza całkującego przedstawia Rys.6. Po ustawieniu napięcia wejściowego na mogliśmy zauważyć liniowy spadek napięcia wyjściowego.

Rys.6.

1. Wnioski

Błędy pomiarowe wynikają z tego, że wzmacniacz operacyjny idealny jest niemożliwy do zrealizowania. Zawsze pozostaną minimalne odchylenia w stosunku do wyników analitycznych. Przy wykorzystywaniu wzmacniaczy operacyjnych do wykonywania operacji matematycznych należy uważać, aby nie przekroczyć poziomu nasycenia, ponieważ wyniki nie będą prawidłowe.

Wzmacniacze operacyjne są najbardziej rozpowszechnionym analogowym układem elektronicznym, realizowanym w postaci monolitycznych układów scalonych. Wielka uniwersalność, przy jednoczesnym wykorzystaniu istotnych właściwości układów scalonych, daje możliwość stosowania ich w rozmaitych układach, urządzeniach i systemach elektronicznych, zapewniając masową produkcję, niską cenę i bardzo dobre parametry użytkowe. Również ważnym zastosowaniem wzmacniaczy operacyjnych jest wykorzystanie ich do budowy generatorów drgań elektrycznych.