1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest pomiar właściwości wybranych układów aplikacyjnych scalonych wzmacniaczy operacyjnych.

1. Sprzęt i aparatura pomiarowa użyta w ćwiczeniu składająca się na układ pomiarowy.

• Zasilacz firmy Cobrabid, typ KB-60-01 - urządzenie to zasilało układ pomiarowy

• Multimetr cyfrowy firmy UNI-T, typ UT803 - w układzie pracował jako woltomierz

• Multimetr cyfrowy firmy UNI-T, typ UT803 - w układzie pracował jako woltomierz

• Konsola laboratoryjna 741 z układami liniowymi - w niej znajdowały się badane elementy

• Konsola laboratoryjna 741 z układami nieliniowymi - w niej znajdowały się badane elementy

• Konsola zasilająca wyposażona w potencjometry służące do regulacji napięcia na wejściach badanych wzmacniaczy.

1. Przebieg ćwiczenia.

Zbadano charakterystyki przenoszenia (napięcia wyjściowego w funkcji napięcia wejściowego) U₀ = f(U_I) wybranych elementów wzmacniających oraz określono realizowane przez nie działania. Schemat pomiarowy charakterystyk przenoszenia przedstawia rys. 1. Kolejne punkty pomiarowe uzyskiwano poprzez regulacje napięcia zasilania układu za pomocą potencjometru. Pomiarowy zakres napięć: -4,4 V - 4,4 V

Rys. 1. Schemat pomiarowy. V1 - woltomierz mierzący napięcie wejścia, V2 woltomierz mierzący napięcie wyjścia, Uz - napięcie zasilania, R potencjometr do regulacji Uz.

1. Wyniki pomiarów

• element 1 - schemat elementu 1 przedstawia rys2.

Rys. 2. W_e - wejście układu, W_y - wyjście układu

Wyniki pomiarów przedstawia tabela 1.

Lp.	UI[V]	UO [V]
1	-4,36	-11,31
2	-3,50	-11,31
3	-2,93	-11,31
4	-1,59	-11,31
5	-1,05	-11,30
6	-0,83	-9,34
7	-0,79	-8,87
8	-0,542	-6,65
9	-0,308	-3,42
10	-0,23	-2,62
11	0,02	0,29
12	1,01	11,14
13	1,76	11,29
14	2,67	11,29
15	3,58	11,29
16	4,34	11,29

Wykres charakterystyki przedstawia rys.3

Rys. 3. charakterystyka przenoszenia U₀ = f(U_I) elementu 1 .

• element 2 - schemat elementu 2 przedstawia rys. 4.

Rys. 4. D_Z1, D_Z2 - diody Zenera

Wyniki pomiarów przedstawia tabela 2.

Lp.	UI[V]	UO [V]
1	-4,13	4,02
2	-3,93	3,83
3	-2,99	2,91
4	-2,1	2,04
5	-1,55	1,48
6	-1,08	1,09
7	-0,71	0,69
8	-0,29	0,29
9	1,26	-1,22
10	2,21	-2,16
11	2,70	-2,63
12	3,10	-3,09
13	3,81	-3,67
14	4,31	-4,08

Wykres charakterystyki przedstawia rys. 5

Rys. 5. charakterystyka przenoszenia U₀ = f(U_I) elementu 2 .

• element 3 - schemat tego elementu przedstawia rys. 6.

Rys. 6. Dz - dioda Zenera

Wyniki pomiarów przedstawia tabela 3.

Lp.	UI[V]	UO [V]
1	-4,13	9,27
2	-3,04	9,19
3	-2,26	9,18
4	-1,80	9,17
5	-1,39	9,16
6	-0,23	9,15
7	-0,04	9,14
8	0,02	-0,64
9	0,51	-0,73
10	0,81	-0,74
11	1,54	-0,76
12	2,13	-0,77
13	4,04	-0,79

Wykres charakterystyki przedstawia rys. 7

Rys. 7. charakterystyka przenoszenia U₀ = f(U_I) elementu 3.

• element 4 (dwuwejściowy) - schemat tego elementu przedstawia rys. 8.

Pomiarów dokonano dwukrotnie. Raz zmieniając napięcie wejściowe U_I1 przy stałym U_I2, natomiast za drugim razem napięcie U_I2 przy stałym U_I1.

Rys. 8. W_e1 - wejście 1 układu, W_e2 - wejście 2 układu.

Wyniki pomiarów przy stałym U_I2 i zmiennym U_I1 przedstawia tabela 4.

Lp.	UI1 [V]	UI2 [V]	UO [V]
1	-4,31	Const. = 1,861	6,24
2	-4,01		5,97
3	-3,41		5,32
4	-2,42		4,32
5	-1,4		3,28
6	-0,49		2,37
7	0,55		1,31
8	1,12		0,73
9	2,22		-0,036
10	3,44		-1,61
11	4,28		-2,47

Wykres charakterystyki przedstawia rys. 9

Rys. 9. Charakterystyka przenoszenia U_O = f(U_I1)

Wyniki pomiarów przy stałym U_I1 i zmiennym U_I1 przedstawia tabela 5

Lp.	UI1 [V]	UI2 [V]	UO [V]
1	Const. = -3,051	-4,33	-1,25
2		-3,45	-0,38
3		-2,86	0,19
4		-2,10	0,94
5		-1,38	1,58
6		-0,43	2,58
7		0,2	3,211
8		1,59	4,36
9		2,41	5,39
10		3,16	6,13
11		4,27	7,23

Wykres charakterystyki przedstawia rys. 10

Rys. 10. Charakterystyka przenoszenia U_O = f(U_I2)

1. Wnioski i spostrzeżenia

• Na podstawie kształtu charakterystyki oraz pomiarów wywnioskowano, że badany element 1 jest wzmacniaczem o wzmocnieniu ok 10. Zakres pracy tego wzmacniacza to przedział od ok. -0,83 V do ok. 0,2 V. Dwa skrajne odcinki charakterystyki, przebiegające prawie poziomo, odpowiadają stanom nasycenia, w których sygnał wyjściowy nie zależy od sygnału wejściowego i jest praktycznie stały.

• Jak wynika z przeprowadzonych pomiarów, element 2 to wzmacniacz sygnału napięciowego odwracający znak. Jego wzmocnienie wynosi ok . 1. Badany układ wykorzystuje właściwości diod Zenera jednakże tak samo działające układy można budować wykorzystując np. dwa rezystory (jeden na wejściu układu, drugi w gałęzi sprzężenia zwrotnego) czy dwa rezystory i kondensator (podłączony równolegle do jednego z rezystorów w gałęzi sprzężenia).

• Porównując otrzymaną charakterystykę oraz budowę elementu 3 z podobnymi układami przedstawionymi w instrukcji stwierdzono, że element 3 to detektor zmiany znaku sygnału wejściowego z ograniczeniem sygnału wyjściowego. Dla szerokiego zakresu napięć wejściowych dodatnich ( od 0,02 V do 4,04 V) występuje prawie stałe napięcie wyjściowe o wartości ok. -0,75 V, a dla szerokiego zakresu napięć wejściowych ujemnych (od -4,13 V do -0,04V) napięcie wejściowe jest równe napięciu Zenera (ok. 9,18 V) zastosowanej diody Dz.

• Na podstawie przeprowadzonych pomiarów ustalono, że dwuwejściowy element 4 na wyjście podaje różnicę między wartością napięcia wejścia 2 i wartością napięcia wejścia 1. Krótko mówiąc element 4 odejmuje od napięcia wejścia 2 napięcie wejścia 1.