Ćwiczenie nr 12

Wzmacniacz operacyjny

1.Wstęp:

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z podstawowymi parametrami wzmacniaczy operacyjnych oraz z ich możliwościami i ograniczeniami. Również wyznaczenie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej wzmacniacza.

2.Spis używanych przyrządów i ich niepewności pomiarowe:

Multimetr V541: 40Hz do 10kHz - 0,05%X+0,05%Z

20Hz do 40Hz - 0,1%X+0,05%Z

10kHz do 20kHz - 0,1%X+0,05%Z

Multimetr V553: 20Hz do 40Hz - 0,2%X+0,05%Z

40Hz do 20kHz - 0,1%X+0,05%Z

20kHz do50kHz - 0,2%X+0,2%Z

50kHz do 100kHz - 0,5%X+0,5%Z

Generator

3.Wyniki pomiarów:

• Pomiar napięcia wejściowego i wyjściowego dla pierwszego wzmocnienia

Uwe	∆Uwe	δUwe	Uwy	∆Uwy	δUwy	K	∆K	δK
[V]	[V]	[%]	[V]	[V]	[%]	[V/V]	[V/V]	[%]
0,3014	0,0052	1,7	2,402	0,007	0,3	7,969	0,161	2,0
0,2560	0,0051	2,0	2,222	0,007	0,3	8,680	0,202	2,3
0,2290	0,0051	2,2	2,082	0,007	0,3	9,092	0,234	2,6
0,1869	0,0051	2,7	1,809	0,007	0,4	9,679	0,300	3,1
*0,1594	0,0051	3,2	1,556	0,007	0,4	9,762	0,352	3,6
0,1492	0,0051	3,4	1,456	0,006	0,4	9,759	0,375	3,8
0,1236	0,0051	4,1	1,206	0,006	0,5	9,757	0,450	4,6
0,1226	0,0051	4,1	1,195	0,006	0,5	9,747	0,453	4,6
0,1144	0,0051	4,4	1,116	0,006	0,5	9,755	0,485	5,0
0,09224	0,00055	0,6	0,9038	0,006	0,7	9,798	0,122	1,2
0,07448	0,00054	0,7	0,7292	0,006	0,8	9,791	0,148	1,5
0,05426	0,00053	1,0	0,5311	0,006	1,0	9,788	0,197	2,0
0,03055	0,00052	1,7	0,3001	0,005	1,8	9,823	0,339	3,5
0,00796	0,00050	6,3	0,0777	0,005	6,5	9,761	1,256	12,9

• Pomiar charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza (pierwsze wzmocnienie)

f	Uwe	∆Uwe	δUwe	Uwy	∆Uwy	δUwy	K	∆K	δK	K	∆K	δK
[Hz]	[mV]	[mV]	[%]	[V]	[V]	[%]	[V/V]	[V/V]	[%]	[dB]	[dB]	[%]
20	99,14	0,5992	0,6	0,1219	0,0052	4,3	1,230	0,060	4,9	1,795	0,427	23,8
30	99,55	0,5996	0,6	0,1829	0,0054	2,9	1,837	0,065	3,5	5,283	0,307	5,8
50	99,80	0,5998	0,6	0,2951	0,0053	1,8	2,957	0,069	2,3	9,417	0,204	2,2
70	99,74	0,5997	0,6	0,3957	0,0054	1,4	3,967	0,076	1,9	11,970	0,167	1,4
100	99,75	0,5998	0,6	0,5240	0,0055	1,1	5,253	0,084	1,6	14,408	0,140	1,0
150	99,65	0,5997	0,6	0,6745	0,0057	0,8	6,769	0,094	1,4	16,610	0,121	0,7
200	99,66	0,5997	0,6	0,7688	0,0058	0,8	7,714	0,100	1,3	17,746	0,113	0,6
300	99,57	0,5996	0,6	0,8709	0,0059	0,7	8,747	0,107	1,2	18,837	0,107	0,6
500	99,53	0,5995	0,6	0,9393	0,0059	0,6	9,437	0,112	1,2	19,497	0,103	0,5
700	99,52	0,5995	0,6	0,9613	0,0060	0,6	9,659	0,113	1,2	19,699	0,102	0,5
1000	99,56	0,5996	0,6	0,9744	0,0060	0,6	9,787	0,114	1,2	19,813	0,101	0,5
1500	99,61	0,5996	0,6	0,9819	0,0060	0,6	9,857	0,114	1,2	19,875	0,101	0,5
2000	99,71	0,5997	0,6	0,9855	0,0060	0,6	9,884	0,115	1,2	19,898	0,101	0,5
3000	99,74	0,5997	0,6	0,9877	0,0060	0,6	9,903	0,115	1,2	19,915	0,101	0,5
5000	99,81	0,5998	0,6	0,9892	0,0060	0,6	9,911	0,115	1,2	19,922	0,101	0,5
7000	99,79	0,5998	0,6	0,9889	0,0060	0,6	9,910	0,115	1,2	19,921	0,101	0,5
10000	99,58	0,5996	0,6	0,9861	0,0060	0,6	9,903	0,120	1,2	19,915	0,105	0,5
15000	99,40	0,5994	0,6	0,9819	0,0060	0,6	9,878	0,120	1,2	19,894	0,105	0,5
20000	99,23	0,5992	0,6	0,9771	0,0220	2,2	9,847	0,281	2,9	19,866	0,248	1,2
30000	99,74	0,5997	0,6	0,9671	0,0219	2,3	9,696	0,278	2,9	19,732	0,250	1,3
50000	89,22	0,5892	0,7	0,9495	0,0055	0,6	10,642	0,132	1,2	20,541	0,108	0,5
70000	72,16	0,5722	0,8	0,9295	0,0055	0,6	12,881	0,178	1,4	22,199	0,120	0,5
100000	49,49	0,5495	1,1	0,8733	0,0054	0,6	17,646	0,306	1,7	24,933	0,151	0,6

• Pomiar napięcia wejściowego i wyjściowego dla drugiego wzmocnienia

Uwe	∆Uwe	δUwe	Uwy	∆Uwy	δUwy	K	∆K	δK
[V]	[V]	[%]	[V]	[V]	[%]	[V/V]	[V/V]	[%]
0,02838	0,00051	1,8	2,245	0,007	0,3	79,105	1,689	2,1
0,02679	0,00051	1,9	2,163	0,007	0,3	80,739	1,815	2,2
0,02463	0,00051	2,1	2,037	0,007	0,3	82,704	2,006	2,4
0,02118	0,00051	2,4	1,795	0,007	0,4	84,750	2,364	2,8
0,01903	0,00051	2,7	1,638	0,007	0,4	86,075	2,653	3,1
*0,01721	0,00051	3,0	1,459	0,006	0,4	84,776	2,881	3,4
0,01455	0,00051	3,5	1,234	0,006	0,5	84,811	3,385	4,0
0,01260	0,00051	4,0	1,074	0,006	0,6	85,238	3,907	4,6
0,00918	0,00050	5,5	0,776	0,006	0,7	84,532	5,276	6,2
0,00706	0,00050	7,1	0,596	0,006	0,9	84,419	6,814	8,1
0,00336	0,00050	14,9	0,280	0,005	1,9	83,333	14,014	16,8
0,00130	0,00050	38,5	0,105	0,005	4,9	80,769	35,032	43,4
0,00082	0,00050	61,0	0,066	0,005	7,7	80,488	55,296	68,7

• Pomiar charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza (drugie wzmocnienie)

f	Uwe	∆Uwe	δUwe	Uwy	∆Uwy	δUwy	K	∆K	δK	K	∆K	δK
[Hz]	[mV]	[V]	[%]	[V]	[V]	[%]	[V/V]	[V/V]	[%]	[dB]	[dB]	[%]
20	10,53	0,5105	4,8	0,006	0,005	83,5	0,570	0,504	88,4	-4,886	1,257	-25,7
30	10,57	0,5106	4,8	0,016	0,005	31,5	1,514	0,549	36,3	3,601	0,735	20,4
50	10,66	0,5107	4,7	0,031	0,005	16,2	2,908	0,610	21,0	9,272	0,575	6,2
70	10,60	0,5106	4,8	0,045	0,005	11,2	4,245	0,678	16,0	12,558	0,527	4,2
100	10,61	0,5106	4,8	0,064	0,005	7,9	6,032	0,765	12,7	15,609	0,493	3,2
150	10,60	0,5106	4,8	0,098	0,005	5,2	9,245	0,922	10,0	19,318	0,467	2,4
200	10,61	0,5106	4,8	0,128	0,005	4,0	12,064	1,058	8,8	21,630	0,454	2,1
300	10,60	0,5106	4,8	0,192	0,005	2,7	18,113	1,353	7,5	25,160	0,442	1,8
500	10,57	0,5106	4,8	0,313	0,005	1,7	29,612	1,918	6,5	29,429	0,433	1,5
700	10,54	0,5105	4,8	0,424	0,005	1,3	40,228	2,443	6,1	32,091	0,430	1,3
1000	10,48	0,5105	4,8	0,568	0,006	1,0	54,198	3,144	5,8	34,680	0,429	1,2
1500	10,38	0,5104	4,9	0,756	0,006	0,8	72,832	4,099	5,6	37,246	0,431	1,2
2000	10,30	0,5103	4,9	0,872	0,006	0,7	84,660	4,722	5,6	38,554	0,433	1,1
3000	10,19	0,5102	5,0	1,004	0,006	0,6	98,528	5,473	5,6	39,871	0,437	1,1
5000	10,12	0,5101	5,0	1,078	0,006	0,6	106,522	5,917	5,6	40,549	0,440	1,1
7000	10,12	0,5101	5,0	1,069	0,006	0,6	105,632	5,872	5,6	40,476	0,440	1,1
10000	10,15	0,5102	5,0	1,010	0,006	0,6	99,507	5,593	5,6	39,957	0,443	1,1
15000	10,23	0,5102	5,0	0,873	0,006	0,7	85,337	4,830	5,7	38,623	0,440	1,1
20000	10,29	0,5103	5,0	0,753	0,022	2,9	73,178	5,719	7,8	37,288	0,460	1,2
30000	10,39	0,5104	4,9	0,564	0,021	3,7	54,283	4,700	8,7	34,693	0,465	1,3
50000	10,63	0,5106	4,8	0,363	0,005	1,4	34,149	2,128	6,2	30,667	0,432	1,4
70000	10,77	0,5108	4,7	0,264	0,005	1,9	24,513	1,639	6,7	27,788	0,432	1,6
100000	10,12	0,5101	5,0	0,176	0,005	2,9	17,391	1,379	7,9	24,807	0,467	1,9

4.Przykładowe obliczenia:

B=f_g-f_d [Hz]

5.Wnioski:

Przeprowadzone doświadczenie pokazało jak działają wzmacniacze operacyjne. Przeprowadzono badanie dwóch różnych wzmocnień. W obu dokonano pomiaru napięcia wejściowego i wyjściowego oraz pomiar charakterystyki częstotliwościowej. Z otrzymanych wyników obliczono wzmocnienia K w obu przypadkach oraz wykreślono wykresy charakterystyki K_u=f(f), gdzie wzmocnienie było wyrażone w decybelach, natomiast częstotliwość w skali logarytmicznej w hercach. Na obu wykresach można zaznaczyć częstotliwości graniczne (górną i dolną), chociaż ciężko jest je określić jednoznacznie.

Jednak dla pierwszego wykresu można wyznaczyć f_d=150[Hz], f_g=50000[Hz], a więc szerokość pasma B wynosi 49850[Hz]. Natomiast dla drugiego wykresu f_d=200[Hz], f_g=30000[Hz], zatem B=29800[Hz]

W pierwszym układzie pomiarowym z otrzymanych pomiarów napięć wyliczono wzmocnienie około 10[V/V], natomiast w drugim około 80[V/V].

Niepewności pomiarowe przy skrajnych pomiarach przybierają większe wartości, natomiast w reszcie punktów pomiarowych wahają się od 0,5[%] do 4[%], a więc pomiary zostały przeprowadzone starannie.

---