Młynarczyk Paweł GR. V 11.06.2003 r.

Szyszkowski Szymon

Adamkiewicz Konrad

Sprawozdanie z laboratorium elektroniki

z dnia 5.06.2003 r.

„Wzmacniacz operacyjny”

1. Wiadomości ogólne.

Wzmacniacz operacyjny jest rodzajem wzmacniacza sygnałów elektrycznych. Jest wzmacniaczem prądu stałego o sprzężeniu bezpośrednim i bardzo dużym wzmocnieniu (dla sygnałów napięcia stałego). Wzmacniacz operacyjny ma 2 symetryczne wejścia (elementy obu wejść są identyczne):

odwracające (oznaczone znakiem „-”)

nieodwracające (oznaczone znakiem „+”);

oraz 1 wyjście (niesymetryczne). Sygnał podany na wejście odwracające jest wzmacniany ze zmianą fazy o 180°, sygnał podany na wejście nieodwracające bez zmiany fazy. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do różnicy tych sygnałów, tj. do tzw. sygnału różnicowego. Przy idealnie symetrycznej budowie obwodów wejściowych sygnał na wyjściu jest równy zeru, gdy na obu wejściach występują jednakowe sygnały względem punktu odniesienia (masy). Jednakowy sygnał podany na oba wejścia jest zw. sumacyjnym (wspólnym lub nieróżnicowym). Dobry wzmacniacz operacyjny powinien odznaczać się bardzo dużym współczynnikiem tłumienia sygnału sumacyjnego, szerokim pasmem przenoszenia częstotliwości, dużą szybkością narastania napięcia wyjściowego oraz dużą rezystancją wejściową (RI) i małą rezystancją wyjściową (RO). Właściwości funkcjonalne wzmacniacza operacyjnego są kształtowane przez odpowiedni dobór elementów obwodu (pętli) sprzężenia zwrotnego.

ZASTOSOWANIE

Zakres funkcji realizowanych przy użyciu współcześnie wytwarzanych scalonych wzmacniaczy operacyjnych jest bardzo szeroki, praktycznie nieograniczony. Pierwotnie układ ten był stosowany w maszynach mat. (komputerach) analogowych do wykonywania operacji dodawania (odejmowania), mnożenia (przez stałą wartość), całkowania i różniczkowania (stąd jego nazwa). Obecnie wzmacniacze operacyjne znajdują zastosowanie m.in. do budowy filtrów aktywnych, prostowników liniowych, generatorów funkcyjnych, przesuwników fazowych, układów próbkująco-pamiętających, konwerterów, stabilizatorów napięcia i natężenia prądu, detektorów szczytowych. Można je zaliczyć do najbardziej uniwersalnych układów analogowych. Niektóre rodzaje wzmacniaczy operacyjnych to układy standardowe, produkowane na całym świecie przez większość firm wytwarzających analogowe układy scalone. Niestandardowe specjalizowane wzmacniacze operacyjne tworzą odrębną grupę wzmacniaczy specjalnych, do której zalicza się m.in. wzmacniacze operacyjne pomiarowe, izolacyjne, programowane (o zadawanych parametrach) oraz wzmacniacze operacyjne z przetwarzaniem.

2. Przebieg ćwiczenia.

W ramach laboratorium zajmowaliśmy się badaniem parametrów, wzmocnień i dokonywaniem pomiarów w układzie ze wzmacniaczem nieodwracającym. Schemat łączonego układu przedstawia rysunek:

3. Wykaz elementów i przyrządów użytych w ćwiczeniu:

1. Dekada rezystorowa,

2. Zasilacz stabilizowany,

3. Generator przebiegów,

4. Oscyloskop.

4. Wyniki pomiarów i obliczeń.

Pomiar wzmocnienia dla kilku wartości dzielnika:

Lp.	R1	R2	Ku	Kuosc
		[kΩ]	[kΩ]	[V/V]	[V/V]
1	2	2	2	1,93
2	4	3	1,75	1,63
3	5	5	2	1,85
4	6	7	2,17	2,16
5	3	8	3,67	3,64

Pomiar charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza:

Lp.	f	R1	R2	Kuosc
		[kHz]	[kΩ]	[kΩ]	[V/V]
1	0,1	3	8	3,48
2	1					3,48
3	10					3,64
4	100					2,95
5	1000					0,34

5. Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza:

6. Wnioski:

W ramach ćwiczenia zajmowaliśmy się dokonywaniem pomiarów wzmocnienia dla kilku wartości oporów, a także pomiarów charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza.

W przypadku pomiarów wzmocnienia dało się zauważyć, że wartość wzmocnienia zależy od wartości oporów na rezystorach. Gdy wartości oporu na rezystorze pierwszym zwiększa się, a wartości oporu na rezystorze drugim jest niezmienna to wzmocnienie maleje. Gdy natomiast wartości oporu na rezystorze drugim wzrasta, a wartości oporu na rezystorze pierwszym pozostaje niezmienna to wartość wzmocnienia wzrasta. Wynika z tego, że wzmocnienie zależne jest od oporów. Wzór wyrażający tą zależność przedstawia się następująco:

W przypadku pomiarów charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza można zauważyć, że w miarę wzrostu częstotliwości wzmocnienie nieznacznie wzrasta, ale tylko do pewnej wartości częstotliwości. Po przekroczeniu tej granicy wzmocnienie drastycznie maleje. Granicę tę nazywa się częstotliwością graniczną dla danego typu wzmacniacza. W naszym przypadku częstotliwość graniczna wynosi 127 kHz.

Można także było zauważyć, że w miarę wzrostu częstotliwości następowało przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wejściowym, a sygnałem wejściowym.

3

---