POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA
LABORATORIUM PODSTAW
ELEKTRONIKI
Temat: Wzmacniacz operacyjny w liniowych
układach elektronicznych.
I. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z najczęściej spotykanymi w praktyce liniowymi układami elektronicznymi zbudowanymi w oparciu o monolityczne wzmacniacze operacyjne oraz z charakterystykami tych układów.
Pomiary.
1. Wzmacniacz nieodwracający fazę. Ust.=6V
UWE |
[V] |
0,15 |
0,3 |
0,44 |
0,6 |
0,76 |
0,92 |
1,05 |
1,2 |
1,35 |
1,52 |
UWY |
[V] |
1,68 |
3,33 |
5,04 |
6,72 |
8,4 |
10,07 |
11,75 |
13,47 |
13,88 |
13,85 |
k |
- |
11,2 |
11,1 |
11,45 |
11,2 |
11,05 |
10,95 |
11,19 |
11,27 |
10,28 |
9,11 |
UWE |
[V] |
-0,15 |
-0,3 |
-0,45 |
-0,58 |
-0,74 |
-0,88 |
-1,05 |
-1,18 |
-1,35 |
-1,47 |
UWY |
[V] |
-1,68 |
-3,37 |
-5,08 |
-6,18 |
-7,86 |
-9,55 |
-11,82 |
-12,92 |
-13,58 |
-13,54 |
k |
- |
11,2 |
11,23 |
11,29 |
10,66 |
10,65 |
10,85 |
11,26 |
10,95 |
10,06 |
9,21 |
Wzmacniacz odwracający fazę. Ust.=3V
UWE |
[V] |
0,15 |
0,31 |
0,47 |
0,62 |
0,73 |
0,9 |
1,05 |
1,2 |
1,35 |
1,47 |
UWY |
[V] |
-1,52 |
-3,36 |
-4,7 |
-6,4 |
-7,6 |
-9,21 |
-10,76 |
-12,28 |
-13,58 |
-13,58 |
k |
- |
-10,13 |
-10,84 |
-10 |
-10,32 |
-10,41 |
-10,23 |
-10,25 |
-10,23 |
-10,06 |
-9,24 |
UWE |
[V] |
-0,16 |
-0,32 |
-0,47 |
-0,59 |
-0,74 |
-0,9 |
-1,05 |
-1,19 |
-1,35 |
-1,47 |
UWY |
[V] |
1,46 |
2,9 |
4,68 |
5,94 |
7,18 |
8,79 |
10,36 |
11,88 |
13,4 |
13,87 |
k |
- |
-9,13 |
-9,06 |
-9,96 |
-10,07 |
-9,70 |
-9,77 |
-9,87 |
-9,98 |
-9,93 |
-9,44 |
Wzmacniacz różnicowy. UWE2 = 1,5V
UWE1 |
[V] |
0,15 |
0,3 |
0,44 |
0,6 |
0,75 |
0,92 |
1,05 |
1,21 |
1,35 |
1,51 |
UWY |
[V] |
-13,56 |
-12,4 |
-11,13 |
-9,9 |
-8,67 |
-6,98 |
-6,2 |
-4,52 |
-3,72 |
-2,06 |
k |
- |
-90,4 |
-41,33 |
-25,3 |
-16,5 |
-11,56 |
-7,59 |
-5,9 |
-3,74 |
-2,76 |
-1,36 |
UWE1 |
[V] |
1,65 |
1,81 |
1,94 |
2,1 |
2,25 |
2,4 |
2,56 |
2,69 |
2,84 |
3,02 |
UWY |
[V] |
-1,26 |
0,4 |
1,2 |
2,87 |
4,1 |
5,34 |
6,55 |
7,37 |
8,66 |
10,28 |
k |
- |
-0,76 |
0,22 |
0,62 |
1,37 |
1,82 |
2,23 |
2,56 |
2,74 |
3,05 |
3,4 |
III. Wykresy.
Zależność UWY = f(UWE) dla wzmacniacza nieodwracającego fazę.
Zależność UWY = f(UWE) dla wzmacniacza odwracającego fazę.
Zależność UWY = f(UWE) dla wzmacniacza różnicowego.
Wnioski.
Idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się bardzo dużym (dążącym do nieskończoności) wzmocnieniem napięciowym KU, nieskończenie wielką impedancją wejściową ZWE, impedancją wejściową Zwe= 0, i nieskończenie szerokim pasmem przenoszenia. Rzeczywisty wzmacniacz operacyjny zawiera: źródło prądowe, wzmacniacze różnicowe zrównoważone, wtórnik emiterowy, układ przesuwania poziomu napięcia stałego i stopień wyjściowy. Charakteryzują się one skończoną wartością wzmocnienia napięciowego, skończonymi wartościami impedancji wejściowej i wyjściowej oraz ograniczonym pasmem przenoszenia. Cechy zbliżone do idealnego wzmacniacza operacyjnego mają układy, w których pierwszy stopień różnicowy wykonany jest z zastosowaniem tranzystorów unipolarnych typu FET lub MOSFET. Wzmacniacze operacyjne najczęściej pracują w układach z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego (przede wszystkim ujemnego). Możliwe są przy tym: praca wzmacniacza jako układu odwracającego i praca jako układu nieodwracającego. Inne stosowane układy wzmacniaczy operacyjnych to układy: różnicowe, sumacyjne, całkujące, różniczkujące, logarytmiczne. Na podstawie pomiarów możemy stwierdzić, że dla wzmacniacza nieodwracającego fazę wzmocnienie wynosiło od 9,21 do 11,45V/V a napięcia UMAX i UMIN wyniosły odpowiednio 13,85V i -13,54V. Dla wzmacniacza odwracającego fazę wzmocnienie kształtowało się w granicach -9,13 ÷ -10,84 a napięcia UMAX i UMIN wyniosły odpowiednio 13,87V i -13,58V natomiast dla wzmacniacza różnicowego wzmocnienie w miarę wzrostu napięcia wejściowego zmieniało się od -90,4V/V do 3,4 V/V, a wartości maksymalne napięć to UMAX = 10,28V i UMIN = -13,56V/V.