SPRAWOZDANIE ĆWICZENIE 10
"WZMACNIACZ OPERACYJNY"
1. Cel ćwiczenia: Praktyczne poznanie podstawowych parametrów wzmacniaczy operacyjnych oraz ich możliwości i ograniczeń. Wyznaczenie charakterystyki amplitudowo częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego.
2. Pomiary
Tabela 1) Pomiar charakterystki przejściowej f=1 kHz, K=10
| Uwe [V] | ΔUwe | δUwe | Uwy [V] | ΔUwy | δUwy | K [dB] | δK | ΔK [dB] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,020 | 0,003 | 0,150 | 0,206 | 0,003 | 0,015 | 10,3 | 0,165 | 1,7 |
| 0,030 | 0,003 | 0,100 | 0,303 | 0,003 | 0,010 | 10,1 | 0,110 | 1,2 |
| 0,038 | 0,003 | 0,127 | 0,389 | 0,003 | 0,013 | 10,2 | 0,140 | 1,5 |
| 0,051 | 0,003 | 0,059 | 0,521 | 0,003 | 0,006 | 10,2 | 0,065 | 0,7 |
| 0,060 | 0,003 | 0,050 | 0,606 | 0,003 | 0,005 | 10,1 | 0,055 | 0,6 |
| 0,072 | 0,003 | 0,042 | 0,731 | 0,003 | 0,005 | 10,1 | 0,047 | 0,5 |
| 0,082 | 0,003 | 0,037 | 0,829 | 0,003 | 0,004 | 10,1 | 0,041 | 0,5 |
| 0,091 | 0,003 | 0,033 | 0,925 | 0,003 | 0,004 | 10,2 | 0,037 | 0,4 |
| 0,101 | 0,003 | 0,030 | 1,022 | 0,003 | 0,003 | 10,1 | 0,033 | 0,4 |
| 0,111 | 0,003 | 0,027 | 1,112 | 0,003 | 0,003 | 10,0 | 0,030 | 0,3 |
| 0,121 | 0,003 | 0,025 | 1,160 | 0,003 | 0,003 | 9,6 | 0,028 | 0,3 |
| 0,130 | 0,003 | 0,023 | 1,186 | 0,003 | 0,003 | 9,1 | 0,026 | 0,3 |
| 0,140 | 0,003 | 0,020 | 1,203 | 0,003 | 0,002 | 8,6 | 0,022 | 0,2 |
Tabela 2) Pomiar charakterystyki częstotliwości K=10, Uwe=const., fg=50Hz
| f | fx | Δf | δf [%] | Uwe | ΔUwe | δUwe [%] |
Uwy | ΔUwy | δUwy [%] | Κ [V/V] | Κu [dΒ] |
ΔΚ [dB] | δΚ [%] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 50,0 | 50,0356 | 0,1 | 0,2 | 0,059 | 0,003 | 5,085 | 0,2531 | 0,003 | 1,185 | 4,290 | 12,649 | 0,793 | 6,270 |
| 100,0 | 100,0146 | 0,2 | 0,2 | 0,059 | 0,2526 | 0,003 | 1,188 | 4,281 | 12,631 | 0,792 | 6,272 | ||
| 200,0 | 199,9867 | 0,3 | 0,2 | 0,059 | 0,2508 | 0,003 | 1,196 | 4,251 | 12,570 | 0,790 | 6,281 | ||
| 500,0 | 500,017 | 0,6 | 0,1 | 0,059 | 0,2460 | 0,003 | 1,220 | 4,169 | 12,401 | 0,782 | 6,304 | ||
| 700,0 | 699,865 | 0,8 | 0,1 | 0,059 | 0,2439 | 0,003 | 1,230 | 4,134 | 12,327 | 0,778 | 6,315 | ||
| 1000,0 | 1,000146*103 | 1,1 | 0,1 | 0,059 | 0,2399 | 0,003 | 1,251 | 4,066 | 12,183 | 0,772 | 6,335 | ||
| 1500,0 | 1,499896*103 | 1,6 | 0,1 | 0,059 | 0,2334 | 0,003 | 1,285 | 3,956 | 11,945 | 0,761 | 6,370 | ||
| 2000,0 | 2,000143*103 | 2,1 | 0,1 | 0,059 | 0,2268 | 0,003 | 1,323 | 3,844 | 11,696 | 0,749 | 6,407 | ||
| 3000,0 | 3,00004*103 | 3,1 | 0,1 | 0,059 | 0,2133 | 0,003 | 1,406 | 3,615 | 11,162 | 0,725 | 6,491 | ||
| 5000,0 | 5,00016*103 | 5,1 | 0,1 | 0,059 | 0,1843 | 0,003 | 1,628 | 3,124 | 9,894 | 0,664 | 6,713 | ||
| 9000,0 | 9,00435*103 | 9,1 | 0,1 | 0,059 | 0,1272 | 0,003 | 2,358 | 2,156 | 6,673 | 0,497 | 7,443 | ||
| 10000,0 | 10,01029*103 | 10,1 | 0,1 | 0,059 | 0,1167 | 0,003 | 2,571 | 1,978 | 5,925 | 0,454 | 7,655 | ||
| 11000,0 | 10,99637*103 | 11,1 | 0,1 | 0,059 | 0,1122 | 0,003 | 2,674 | 1,902 | 5,584 | 0,433 | 7,759 | ||
| 15000,0 | 14,99944*103 | 15,1 | 0,1 | 0,059 | 0,1334 | 0,003 | 2,249 | 2,261 | 7,086 | 0,520 | 7,334 | ||
| 18000,0 | 17,99911*103 | 18,1 | 0,1 | 0,059 | 0,9043 | 0,003 | 0,332 | 15,327 | 23,709 | 1,284 | 5,416 | ||
| 20000,0 | 20,00036*103 | 20,1 | 0,1 | 0,059 | 1,0779 | 0,003 | 0,278 | 18,269 | 25,234 | 1,353 | 5,363 |
Wykres 2)
3. Wykresy
Wykres 1)
4.Przykładowe obliczenia:
∆f=$\frac{0,1*50}{100} + 0,05 = 0,1$
δf=$\frac{f}{f} = \frac{0,1}{50}*100\% = 0,2\%$
∆Uwe$\mathbf{=}\frac{0,3\%*0,020}{100\%}\mathbf{+}3*0,1 = 0,003\lbrack\ V\rbrack$
$$\mathbf{\delta}\mathbf{U}_{\mathbf{\text{we}}} = \frac{U_{\text{we}}}{U_{\text{we}}}*100\% = \frac{0,003}{0,020}*100\% = 0,3\%$$
$\mathbf{K} = \frac{U_{\text{wy}}}{U_{\text{we}}} = \frac{0,206}{0,020}$=10,3 $\left\lbrack \frac{V}{V} \right\rbrack$
Ku=20logK=20log(4,290)= 12,649 [dB]
∆K=$\frac{\mathbf{\delta}\mathbf{K}_{\mathbf{u}}}{\mathbf{K}_{\mathbf{u}}}\mathbf{*}\mathbf{100}\mathbf{\%}$=$\frac{0,0627}{12,649}*100\% =$0,793 [dB]
δK=$\mathbf{\delta}\mathbf{U}_{\mathbf{\text{we}}}\mathbf{+}\mathbf{\delta}\mathbf{U}_{\mathbf{\text{wy}}}\mathbf{=}(\frac{0,003}{0,059} + \frac{0,003}{0,2531})*100\%$=6,270%
Wnioski:
Wykonane ćwiczenie pozwoliło nam dobrze poznać wzmacniacz operacyjny. Mogłyśmy również zaobserwować jego wadę – przy niektórych częstotliwościach następuje przesterowanie i wzmacniacz zniekształca nadawany sygnał . Z wykresu wyraźnie możemy wywnioskować, że wzmocnienie maleje z częstotliwością, ponieważ przestaje być zależne od wartości oporu rezystorów. Kolejną rzeczą, którą udało się nam zaobserwować to fakt iż pomiar charakterystyki przejściowej jest funkcją liniową.
Na początku naszym zadaniem było takie zmienianie częstotliwości aby zaobserwować w którym momencie można zaobserwować zniekształcenie sygnału wyjściowego. Następnie obserwując ekran oscyloskopu tak zmniejszałyśmy częstotliwość aby uzyskać sygnał bez zniekształceń i wtedy odczytywałyśmy napięcie wyjściowe i wejściowe z mierników. Nie udało nam się jednak ustabilizować obrazu na oscyloskopie, stąd może wynikać bład gruby, który pojawił się w 2 ostatnich wykonanych przez nas pomiarach. Pomiary te zostały odrzucone.