BADANIE WZMACNIACZA OPERACYJNEGO
W UKŁADZIE ODWRACAJĄCYM
I NIEODWRACAJĄCYM

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i sposobów pomiaru podstawowych parametrów wzmacniacza operacyjnego w układzie odwracającym i nieodwracającym.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Wyznaczenie charakterystyki przejściowej

Charakterystykę przejściową wzmacniacza operacyjnego U_O=f(U_I) należy wyznaczyć metodą statyczną. W celu zbadania pełnego przebiegu charakterystyki wzmacniacza należy podawać na wejście układu napięcie stałe o wartościach zarówno ujemnych, jak i dodatnich. Wartość napięcia wejściowego i wyjściowego należy mierzyć za pomocą woltomierzy cyfrowych. Źródłem stałego, regulowanego napięcia wejściowego może być precyzyjny zasilacz. Wartość napięcia wejściowego dla wzmacniacza odwracającego o wzmocnieniu 10V/V powinna się zmieniać w granicach od ok. - 1,5V do + 1,5V, aby nie zostało przekroczone napięcie przesterowania. Układ większym wzmocnieniu ma proporcjonalnie mniejsze napięcie przesterowania.

Pomiary należy powtórzyć dla różnych rezystorów w obwodzie sprzężenia zwrotnego.

ZS1 - symetryczny zasilacz stabilizowany ±15V

ZS2 - precyzyjny, regulowany zasilacz stabilizowany

WZM - wzmacniacz odwracający/nieodwracający

Rys. 1 Układ pomiarowy do wyznaczenia charakterystyki przejściowej

Tab. 1 Tabela pomiarowa do wyznaczenia charakterystyki przejściowej

R1 = R2 =				R1 = R2 =
UI[V]	UO[V]	KU[V/V]	KU[dB]	UI[V]	UO[V]	KU[V/V]	KU[dB]

Rys. 2 Przykładowa charakterystyka przejściowa wzmacniacza odwracającego

Rys. 3 Przykładowa charakterystyka przejściowa wzmacniacza nieodwracającego

2. Wyznaczanie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej

Charakterystykę amplitudową K_U=f(f) przy U_I=const można wyznaczyć w układzie pokazanym na rysunku. Pomiar polega na podawaniu na wejście wzmacniacza sygnału sinusoidalnego o stałej amplitudzie. Amplituda sygnału wejściowego powinna być tak dobrana aby sygnał wyjściowy podczas całego pomiaru był nie odkształcony. Częstotliwość sygnału wejściowego należy zmieniać w zakresie pozwalającym wyznaczyć górną częstotliwość graniczną.

Pomiary należy powtórzyć dla różnych rezystorów w obwodzie sprzężenia zwrotnego.

ZS - symetryczny zasilacz stabilizowany ±15V

GS - generator sygnału sinusoidalnie zmiennego

WZM - wzmacniacz odwracający/nieodwracający

OSC - oscyloskop dwukanałowy

Rys. 4 Układ pomiarowy do wyznaczenia charakterystyki amplitudowej

Tab. 2 Tabela pomiarowa do wyznaczenia charakterystyki amplitudowej

R1 = R2 = UI =				R1 = R2 = UI =
f[Hz]	UO[V]	KU[V/V]	KU[dB]	F[Hz]	UO[V]	KU[V/V]	KU[dB]

Rys. 5 Przykładowa charakterystyka amplitudowa wzmacniacza nieodwracającego/odwracającego

3. Wyznaczanie rezystancji wejściowej

Pomiaru rezystancji wejściowej dokonuje się w układzie pomiarowym przedstawionym poniżej.

ZS - symetryczny zasilacz stabilizowany ±15V

GS - generator sygnału sinusoidalnie zmiennego

WZM - wzmacniacz odwracający/nieodwracający

OSC - oscyloskop dwukanałowy

Rys. 6 Układ pomiarowy do wyznaczenia rezystancji wejściowej

W obwód wejściowy układu między wyjście generatora sygnału sinusoidalnego a wejście wzmacniacza należy włączyć szeregowo rezystor regulowany. Aby wyznaczyć wartość rezystancji wejściowej wzmacniacza należy zwiększać wartość rezystora od zera do wartości, przy której napięcie wyjściowe wzmacniacza zmniejszy się dwukrotnie. Wówczas rezystancja wejściowa wzmacniacza będzie równa rezystancji ustawionej na rezystorze dekadowym.

Aby pomiar rezystancji był prawidłowy, należy spełnić następujące warunki:

• wzmacniacz musi pracować w zakresie liniowym, czyli napięcie wejściowe musi być mniejsze niż napięcie przesterowania

• częstotliwość sygnału wejściowego nie może być zbyt mała. Należy dobrać częstotliwość leżącą wewnątrz pasma przenoszenia np. 1kHz

• podczas pomiaru należy utrzymywać stałą wartość napięcia wyjściowego z generatora

• do wejścia wzmacniacza nie należy podłączać żadnych przyrządów pomiarowych

Wyznaczając rezystancję wejściową wzmacniacza nieodwracającego, która jest bardzo duża, należy zastosować rezystor dekadowy o stałej wartości np. 1MΩ i wyznaczyć napięcie wyjściowe w dwóch przypadkach:

• gdy jest brak rezystancji w obwodzie wejściowym - U_O1

• gdy rezystor jest włączony w obwód wejściowy - U_O2

Rezystancję wejściową należy wówczas wyznaczyć ze wzoru

R_I = R_d

Pomiary należy powtórzyć dla różnych rezystorów w obwodzie sprzężenia zwrotnego.

4. Wyznaczanie rezystancji wyjściowej

Pomiaru rezystancji wejściowej dokonuje się w układzie pomiarowym przedstawionym poniżej.

ZS - symetryczny zasilacz stabilizowany ±15V

GS - generator sygnału sinusoidalnie zmiennego

WZM - wzmacniacz odwracający/nieodwracający

OSC - oscyloskop dwukanałowy

Rys. 7 Układ pomiarowy do wyznaczenia rezystancji wyjściowej

Ze względu na małą wartość rezystancji wyjściowej należy obciążyć układ rezystancją kilkakrotnie większą niż rezystancja wyjściowa wzmacniacza np. 20Ω. Następnie należy zmierzyć wartość napięcia wyjściowego w dwóch przypadkach obciążenia wzmacniacza:

• gdy brak zewnętrznej rezystancji obciążenia (rezystor R_d odłączony) - U_O1

• gdy wartość zewnętrznej rezystancji obciążenia wynosi R_d - U_O2

Rezystancję wejściową należy wówczas wyznaczyć ze wzoru

R_O = R_d

Aby pomiar rezystancji był prawidłowy, należy spełnić następujące warunki:

• wzmacniacz musi pracować w zakresie liniowym, czyli w czasie pomiaru sygnał wyjściowy nie może ulec zniekształceniu. Podczas pomiaru należy obserwować na ekranie oscyloskopu kształt przebiegu wyjściowego

• częstotliwość sygnału wejściowego nie może być zbyt duża. Należy dobrać częstotliwość leżącą wewnątrz pasma przenoszenia np. 1kHz

• podczas pomiaru należy utrzymywać stałą wartość napięcia wyjściowego z generatora

Pomiary należy powtórzyć dla różnych rezystorów w obwodzie sprzężenia zwrotnego.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Wykreślić wyznaczone charakterystyki

2. W oparciu o wyznaczone charakterystyki wyznaczyć:

1. maksymalne napięcie wejściowe

2. napięcie nasycenia

3. wzmocnienie napięciowe

4. pasmo przenoszenia

3. Wyliczyć teoretycznie wartość wzmocnienia napięciowego i porównać ją z wartością wyznaczoną z pomiarów

4. Ocenić wpływ sprzężenia zwrotnego na parametry badanego wzmacniacza

LITERATURA

1. Leszek Grabowski: „Pracownia elektroniczna, układy elektroniczne”

2. Barbara Pióro, Marek Pióro: „Podstawy elektroniki cz. II”

3. Augustyn Chwaleba, Bogdan Moeschke, Grzegorz Płoszajski: „Elektronika”

4. Michał Nadachowski, Zbigniew Kulka: „Analogowe układy scalone”

Opracowanie:

Anna Kowalska

6

---