Gliwice 3.III.2000

Laboratorium z elektroniki

Temat: Pomiary charakterystyk i własności wzmacniaczy operacyjnych.

Wydział elektryczny kierunek elektrotechnika

Sejm IV studia magisterskie Gr II sekcja VI

Artur Koczot

Tomasz Kazula

Mariusz Kulawik

Adam Świda

1. Wprowadzenie.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z własnościami i charakterystykami rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego, a konkretnie z pasmem przenoszenia przy różnych wzmocnieniach jako wzmacniacz odwracający i nie odwracający.

Wzmacniaczem operacyjnym nazywa się różnicowy wzmacniacz prądu stałego o bardzo dużym wzmocnieniu napięciowym, dużej rezystancji i małej rezystancji wyjściowej. Wzmacniacze operacyjne mają stałoprądowe sprzężenie miedzy stopniami i spoczynkowy potencjał na wyjściu równy zero. Sposób działania wzmacniaczy operacyjnych jest określony głównie przez zewnętrzne obwody sprzężenia zwrotnego.

2. Przebieg ćwiczenia

1. wzmacniacz nieodwracający

Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza odwaracającego:

Tabela pomiarowa:

Uwe=1V Ku=10

Lp	f	Ku	Lp	f	Ku	Lp	f	Ku
	kHz	------		kHz	-------		kHz	------
1	10	10	16	160	10	31	310	6
2	20	10	17	170	10	32	320	5,5
3	30	10	18	180	10	33	330	5
4	40	10	19	190	10	34	340	5
5	50	10	20	200	10
6	60	10	21	210	10
7	70	10	22	220	10
8	80	10	23	230	9
9	90	10	24	240	8,5
10	100	10	25	250	8
11	110	10	26	260	8
12	120	10	27	270	7,5
13	130	10	28	280	7
14	140	10	29	290	6,5
15	150	10	30	300	6,5

Uwe=0.1 Ku=100

Lp	f	Ku	Lp	f	Ku	Lp	f	Ku	Lp	f	Ku
	kHz	--------	---	kHz	-------	--	kHz	--------	---	Ku	----------
1	1	100	14	14	100	27	27	85	40	46	70
2	2	100	15	15	100	28	28	85	41	48	70
3	3	100	16	16	95	29	29	85	42	50	65
4	4	100	17	17	95	30	30	80	43	52	60
5	5	100	18	18	90	31	32	80	44	54	60
6	6	100	19	19	90	32	33	80	45	70	50
7	7	100	20	20	90	33	34	80	46	100	35
8	8	100	21	21	90	34	35	80	47
9	9	100	22	22	90	35	36	75
10	10	100	23	23	90	36	38	75
11	11	100	24	24	90	37	40	75
12	12	100	25	25	90	38	42	70
13	13	100	26	26	85	39	44	70

2. wzmacniacz odwracający

Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego:

Tabela pomiarowa:

Uwe=1V Ku=11

Lp	f	Ku	Lp	f	Ku	Lp	f	Ku
	KHz	----------		KHz	----------
1	10	11	12	120	11	27	270	8
2	20	11	13	130	11	28	280	8
3	30	11	14	140	11	29	290	7,5
4	40	11	15	150	11	30	300	7
5	50	11	16	160	11	31	310	6,5
6	60	11	17	170	11	32	320	6,5
7	70	11	18	180	11	33	330	6
8	80	11	19	190	11	34	340	6
9	90	11	20	200	11	35	350	6
10	100	11	21	210	10,5	36	360	5,5
11	110	11	22	220	10	37	370	5,5
12	120	11	23	230	9,5	38	400	5
13	130	11	24	240	9
14	140	11	25	250	8,5
15	150	11	26	260	8

Uwe=0.1V Ku=101

Lp	f	Ku	Lp	f	Ku
--	kHz	---------	--	kHz	-----------
1	1	11	23	23	10
2	2	11	24	24	10
3	3	11	25	25	9,5
4	4	11	26	26	9,5
5	5	11	27	27	9,5
6	6	11	28	28	9,5
7	7	11	29	29	9,5
8	8	11	30	30	9
9	9	11	31	31	9
10	10	11	32	32	9
11	11	11	33	33	9
12	12	11	34	34	8,5
13	13	11	35	35	8,5
14	14	11	36	38	8,5
15	15	11	37	40	8
16	16	11	38	42	8
17	17	11	39	44	8
18	18	11	40	46	7,5
19	19	11	41	47	7,5
20	20	11	42	48	7,5
21	21	10	43	49	7
22	22	10	44	50	7

3. Częstotliwości graniczne

Pasmo przenoszenia w zależności od kondensatorów połączonych do wejść 6, 5 i 8, 1:

X	CA	CB	CC
C1	X	X	5k
C2	140k	42k	4,6k
C3	36k	30k	46k
C4	5k	48k	4k

Dla częstotliwości 140 kHz widoczne są już zniekształcenia przebiegu wyjściowego

1. wzmacniacz odwracający:

Wartości odczytane z wykresu:

Dla wzmocnienia K_U = 10 f_G = 300 kHz, Dla częstotliwości 140kHz nastąpiło zniekształcenie sygnału wyjściowego

Dla wzmocnienia K_U = 100 f_G = 40 kHz

Wartości odczytane z tabel pomiarowych:

Dla wzmocnienia K_U = 10 f_G = 280 kHz

Dla wzmocnienia K_U = 100 f_G = 42 kHz

2. wzmacniacz odwracający:

Wartości odczytane z wykresu:

Dla wzmocnienia K_U = 10 f_G = 300 kHz

Dla wzmocnienia K_U = 100 f_G = 40 kHz

Wartości odczytane z tabel pomiarowych:

Dla wzmocnienia K_U = 10 f_G = 300 kHz

Dla wzmocnienia K_U = 100 f_G = 49 kHz

4. Wnioski

Do regulacji górnej granicznej częstotliwości pasma przenoszenia max jaką można uzyskać we wzmacniaczu użyliśmy dwóch

kondensatorów CA i CB połączonych do wejść wzmacniacza 6, 8 oraz do wejścia 5, 8 przez rezystor.

Z charakterystyki pasma przenoszenia wzmacniacza rzeczywistego wynika, że owe pasmo jest ograniczone górną częstotliwością graniczną w zależności od wzmocnienia wzmacniacza, im mniejsze wzmocnienie tym pasmo przenoszenia jest większe. Spowodowane jest to tym, że sygnał wyjściowy przy dużym wzmocnieniu zostaje obcięty do wartości napięcia zasilającego wzmacniacz. Taki przypadek nie występuje we wzmacniaczu idealnym ponieważ pasmo przenoszenia jest nieskończone i jest idealne wzmocnienie różnicowe.

Można również zauważyć, że niezależnie od rodzaju zastosowanego wzmacniacza odwracającego lub nieodwracającego pasma przenoszenia w obu układach są takie same przy takich samych wzmocnieniach. Jednocześnie przy dokonywaniu pomiarów zauważyliśmy, że dla wzmocnienia 10 dla obydwóch przypadków połączenia wzmacniacza, sygnał wyjściowy zostaje zniekształcony co znacznie ogranicza zakres pasma przenoszenia. Jeśli jednak nie zależy nam na kształcie sygnału wyjściowego to możemy ten efekt zaniedbać i wykorzystywać pełną skalę. Natomiast przy dużych wzmocnieniach takie zjawisko nie występuje ponieważ pasmo przenoszenia jest znacznie mniejsze i tak w naszym przypadku dla wzmocnienia 10 częstotliwością graniczną jest 300kHz a zniekształcenia pojawiają się przy 140kHz, a dla wzmocnienia 100 częstotliwością graniczną jest 40kHz i zniekształceń nie zaobserwowaliśmy.

Na charakterystyce widać również, że dla obu wzmacniaczy odwracającego i nieodwracającego dla różnych wzmocnień po przejściu punktów granicznych charakterystyki zbiegają się w jedną linie i tworzą wspólną część, która dąży do zera.

Na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia można wywnioskować, że zastosowanie wzmacniacza operacyjnego przy dużych częstotliwościach jest ograniczone, jak również wejściowe napięcie sterujące ze względu na napięcie zasilające wzmacniacz, im większe wzmocnienie tym mniejszy zakres napięć sterujących.

---