2885, Studia, EiUE

0x01 graphic

Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych

^Wykonał

Pirosz Paweł

^Grupa

^{Ćw. nr}

^Prowadzący

dr Bober

Pomiary wzmacniacza operacyjnego

^{Data wykonania}

99.06.09

^{Data oddania}

99.06.14

^Ocena

WYKAZ PRZYRZĄDÓW :

Wzmacniacz operacyjny CA 3140E
Stanowisko komputerowe z oprzyrządowanie HP

PROGRAM ZAJĘĆ :

Pomiar charakterystyki stałoprądowej U_wy = f(U_we)
Pomiar napięcia niezrównoważenia U_os
Pomiar charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza K_U = f(f)

PRZEBIEG ĆWICZENIA :

1. Pomiar charakterystyki stałoprądowej U_wy = f(U_we)

Charakterystyka stałoprądowa zależności napięcia wyjściowego od napięcia wejściowego wyznaczana była dla układu odwracającego i nieodwracającego fazę przy rezystorze sprzęgającym R_F = 100k i R_F = 1M według schematu zamieszczonego na rys. 2 w instrukcji ćwiczenia.

Układ nieodwracający R_F = 100kΩ		Układ odwracający R_F = 100kΩ		Układ nieodwracający R_F = 1MΩ		Układ odwracający R_F = 1MΩ
Uwe	Uwy	Uwe	Uwy	Uwe	Uwy	Uwe	Uwy
[ mV ]	[ V ]	[ mV ]	[ V ]	[ mV ]	[ V ]	[ mV ]	[ V ]
-0,15	-1,218	-0,15	1,438	-0,15	-11,767	-0,15	10,015
-0,12	-0,951	-0,12	1,114	-0,12	-9,176	-0,12	9,844
-0,09	-0,683	-0,09	0,791	-0,09	-6,596	-0,09	7,031
-0,06	-0,416	-0,06	0,468	-0,06	-4,013	-0,06	4,160
-0,03	-0,149	-0,03	0,145	-0,03	-1,426	-0,03	1,286
0,00	0,119	0,00	-0,178	0,00	1,165	0,00	-1,589
0,03	0,387	0,03	-0,502	0,03	3,752	0,03	-4,457
0,06	0,654	0,06	-0,825	0,06	6,337	0,06	-7,324
0,09	0,921	0,09	-1,148	0,09	8,921	0,09	-10,191
0,12	1,189	0,12	-1,471	0,12	9,970	0,12	-11,806
0,15	1,322	0,15	-1,668	0,15	10,0186	0,15	-11,825

Charakterystyka U_wy = f(U_we) dla układu odwracającego przy R_F = 100k przedstawiona jest na wykresie 1.

Charakterystyka U_wy = f(U_we) dla układu nieodwracającego przy R_F = 100k przedstawiona jest na wykresie 2.

Charakterystyka U_wy = f(U_we) dla układu odwracającego przy R_F = 1M przedstawiona jest na wykresie 3.

Charakterystyka U_wy = f(U_we) dla układu nieodwracającego przy R_F = 1M przedstawiona jest na wykresie 4.

Na podstawie charakterystyk stałoprądowych Uwy = f(Uwe) można wyznaczyć wzmocnienie napięciowe K_U = U_we/U_wy dla poszczególnych układów korzystając ze wzorów:

0x01 graphic

Otrzymujemy:

Układ odwracający, R_f=100k:

Układ nieodwracający, R_f=100k:

Układ odwracający, R_f=1M:

Układ nieodwracający, R_f=1M:

Z charakterystyk U_wy = f(U_we) można również wyznaczyć napięcie niezrównoważenia Uos. Wartości odczytane z wykresów 1 - 4dają nam:

Dla układu nieodwracającego:

U_OS = 12 [mV]

Dla układu odwracającego:

U_OS = 17 [mV]

2. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza K_u = f(f)

Charakterystyka częstotliwościowa zależności wzmocnienia napięciowego od częstotliwości wyznaczana była dla układu odwracającego i nieodwracającego fazę przy rezystorze sprzęgającym R_F = 100k i R_F = 1M według schematu zamieszczonego na rys. 3 w instrukcji ćwiczenia.

Układ nieodwracający R_F = 100kΩ		Układ odwracający R_F = 100kΩ		Układ nieodwracający R_F = 1MΩ		Układ odwracający R_F = 1MΩ
Uwe	Uwy	Uwe	Uwy	Uwe	Uwy	Uwe	Uwy
[ mV ]	[ V ]	[ mV ]	[ V ]	[ mV ]	[ V ]	[ mV ]	[ V ]
10,00000	19,000	10,00000	20,648	10,00000	38,707	10,00000	39,617
15,84893	18,999	15,84893	20,648	15,84893	38,707	15,84893	39,617
25,11886	18,999	25,11886	20,648	25,11886	38,707	25,11886	39,617
39,81072	18,999	39,81072	20,648	39,81072	38,707	39,81072	39,617
63,09573	18,999	63,09573	20,648	63,09573	38,707	63,09573	39,617
100,0000	18,999	100,0000	20,648	100,0000	38,707	100,0000	39,617
158,4893	18,999	158,4893	20,648	158,4893	38,707	158,4893	39,617
251,1886	18,999	251,1886	20,648	251,1886	38,707	251,1886	39,617
398,1072	18,999	398,1072	20,648	398,1072	38,707	398,1072	39,616
630,9573	18,999	630,9573	20,648	630,9573	38,706	630,9573	39,614
1000,000	18,999	1000,000	20,648	1000,000	38,701	1000,000	39,605
1584,893	18,999	1584,893	20,648	1584,893	38,687	1584,893	39,589
2511,886	18,998	2511,886	20,647	2511,886	38,659	2511,886	39,557
3981,072	18,994	3981,072	20,644	3981,072	38,599	3981,072	39,491
6309,573	18,987	6309,573	20,640	6309,573	38,461	6309,573	39,346
10000,00	18,971	10000,00	20,629	10000,00	38,149	10000,00	39,021
15848,93	18,936	15848,93	20,606	15848,93	37,487	15848,93	38,319
25118,86	18,872	25118,86	20,565	25118,86	36,139	25118,86	36,960
39810,72	18,786	39810,72	20,505	39810,72	33,961	39810,72	34,748
63095,73	18,691	63095,73	20,427	63095,73	31,020	63095,73	31,784
100000,0	18,573	100000,0	20,300	100000,0	27,624	100000,0	28,373
158489,3	18,361	158489,3	20,026	158489,3	24,896	158489,3	24,819
251188,6	17,887	251188,6	19,386	251188,6	20,739	251188,6	21,401
398107,2	16,790	398107,2	17,959	398107,2	17,597	398107,2	18,015
630957,3	14,485	630957,3	15,146	630957,3	14,434	630957,3	14,288
1000000,0	10,115	1000000,0	10,191	1000000,0	10,339	1000000,0	9,290

Charakterystyka częstotliwościowa dla układu nieodwracającego przy R_F = 100k przedstawiona jest na wykresie 5.

Charakterystyka częstotliwościowa dla układu nieodwracającego przy R_F = 1Mk przedstawiona jest na wykresie 6.

Charakterystyka częstotliwościowa dla układu odwracającego przy R_F=100k przedstawiona jest na wykresie 7.

Charakterystyka częstotliwościowa dla układu odwracającego przy R_F = 1M przedstawiona jest na wykresie 8.

Z powyższych charakterystyk częstotliwościowych można odczytać wartość górnej częstotliwości granicznej dla spodku 3 dB dla każdego z układów. Częstotliwości te wynoszą:

Dla układu nieodwracającego, R_F = 100k

f_g = 480 [kHz]

Dla układu nieodwracającego, R_F = 1M

f_g = 26 [kHz]

Dla układu odwracającego, R_F = 100k

f_g = 430 [kHz]

Dla układu odwracającego, R_F = 1M

f_g = 28 [kHz]

WNIOSKI I UWAGI:

W pkt.1 ćwiczenia wyznaczaliśmy charakterystyki stałoprądowe U_wy = f(U_we) wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie odwracającym i nieodwarcającym fazę przy rezystancji sprzężenia R_F = 100 kΩ oraz R_F = 1 MΩ. Z charakterystyk 1 - 4 możemy zauważyć, że im mniejsza wartość rezystora sprzęgającego R_F, tym mniejsze wzmocnienie wzmacniacza zarówno w układzie odwracającym, jak i nieodwaracającym. Wynika to ze wzoru na wzmocnienie: K_u= -R_F/R₁ w układzie odwracającym i K_u=1+R_F/R₁ w układzie nieodwracającym. Jednocześnie widzimy, że wzmocnienie w układzie niodwracającym jest o 1V/V większe co do wartości niż w układzie odwracającym dla takich samych rezystorów, co wynika z przytoczonych wzorów. Wzmocnienia wyznaczone z wykresów 1 - 4 mają następujące wartości:

dla układu odwracającego, R_F = 100kΩ - Ku = -12,113 V/V
dla układu nieodwracającego, R_F = 100kΩ - Ku = 10,025 V/V
dla układu odwracającego, R_F = 1MΩ - Ku = -95,778 V/V
dla układu nieodwracającego, R_F = 1MΩ - Ku = 86,178 V/V

Napięcia niezrównoważenia odczytane z charakterystyk wynoszą 12mV dla układu nieodwracającego i 17mV dla układu odwracającego.

W pkt. 2 ćwiczenia wyznaczaliśmy charakterystyki częstotliwościowe wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie odwracającym i nieodwracającym przy R_F = 100kΩ i 1MΩ. Charakterystyki te przedstawione są na wykresach 5 - 6. Z wykresów tych wyznaczono pasmo przenoszenia wzmacniacza, czyli częstotliwość, przy której wzmocnienie spada o 3dB. Górne częstotliwości graniczne wynoszą:

dla układu nieodwracającego, R_F = 100k  f_g = 480 [kHz]
dla układu odwracającego, R_F = 100k  f_g = 430 [kHz]
dla układu nieodwracającego, R_F = 1M  f_g = 26 [kHz]
dla układu odwracającego, R_F = 1M  f_g = 28 [kHz]

Można zatem wywnioskować, że im większe wzmocnienie (większa wartość R_F) tym mniejsze pasmo przenoszonych częstotliwości. Uzyskane wyniki potwierdzają założenia teoretyczne, które mówią, że sprzężenie zwrotne poszerza pasmo kosztem wzmocnienia.

- 4 -

Wyszukiwarka