Mateusz Krowiak Rzeszów, 17.06.2009
EF-DI1
L06
Podstawy elektroniki
Sprawozdanie z laboratorium nr 6
Wzmacniacz operacyjny w układach liniowych
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było ugruntowanie wiadomości dotyczących teorii sprzężenia zwrotnego, asymptotycznych charakterystyk częstotliwościowych układów wzmacniających, ich kształtowania, a także zapoznanie się z zastosowaniem wzmacniaczy operacyjnych.
Spis przyrządów
- Uniwersalna podstawka laboratoryjna do badania wzmacniacza operacyjnego
- Generator funkcyjny
- Oscyloskop cyfrowy
- Źródło napięcia +15V/-15V
Obliczenia wstępne i projektowe
Dla wzmocnienia kuf = 51 [V/V] (wzmacniacz nieodwracający)
, natomiast
Stąd
Zakładam, że
Dla spełnienia zależności
Wówczas
Zaproponować schemat ideowy oraz obliczyć wartości elementów dyskretnych wzmacniacza o asymptotycznej charakterystyce amplitudowej wybranej dowolnie spośród zamieszczonych na Rys.2.
Wybrana charakterystyka
Jest to charakterystyka filtru dolnoprzepustowego
Gdy przyjmiemy
otrzymamy
możemy obliczyć z zależności
Pomiary charakterystyki wzmacniacza operacyjnego z rezystancyjnym obwodem sprzężenia zwrotnego
Schemat:
Wykorzystane do pomiarów rezystory:
R1 = 2 kΩ, R2 = 100 kΩ, R3 = 1,60 kΩ
Wartości nie do końca zgadzały się z tymi z założeń projektowych z powodu ich niedostępności w laboratorium.
Uzyskane pomiary:
Uwe |
Uwy |
f |
|
ku |
ku |
[mV] |
[V] |
[Hz] |
|
[V/V] |
[dB] |
63,0 |
3,25 |
27 |
180 |
51,58 |
34,24 |
63,7 |
3,27 |
64 |
180 |
51,33 |
34,20 |
63,8 |
3,27 |
107 |
180 |
51,25 |
34,19 |
63,9 |
3,28 |
205 |
180 |
51,33 |
34,20 |
63,9 |
3,30 |
534 |
180 |
51,64 |
34,25 |
63,9 |
3,32 |
1018 |
190 |
51,95 |
34,31 |
64,1 |
3,33 |
2101 |
205 |
51,95 |
34,31 |
64,2 |
3,32 |
5145 |
230 |
51,71 |
34,27 |
64,8 |
3,25 |
10k |
218 |
50,15 |
34,00 |
65,1 |
3,05 |
21k |
225 |
46,85 |
33,41 |
65,3 |
2,75 |
50k |
265 |
42,11 |
32,48 |
66,2 |
2,68 |
101k |
-80 |
40,48 |
32,14 |
66,3 |
2,67 |
206k |
-80 |
40,27 |
32,09 |
66,3 |
2,60 |
534k |
-65 |
39,21 |
31,86 |
67,0 |
2,60 |
1M |
-40 |
38,80 |
31,77 |
Wzmocnienie napięciowe Ku obliczam ze wzoru:
Wzmocnienie wyrażone w dB:
Charakterystyka amplitudowo - częstotliwościowa
Charakterystyka fazowa
Pomiar maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego
Pomiar charakterystyk wzmacniacza kształtowanych za pomocą elementów R, C włączonych w obwód sprzężenia zwrotnego
Zastosowany układ:
Do pomiarów wykorzystane zostały rezystory:
R1 = 149 Ω R2 = 9,86 Ω
Oraz kondensator o pojemności
C = 220 nF
Uzyskane pomiary
Uwe |
Uwy |
f |
Ku |
Ku |
[mV] |
[V] |
[Hz] |
[V/V] |
[dB] |
64,5 |
12,26 |
19 |
190,07 |
45,57 |
65,5 |
12,60 |
96 |
192,36 |
45,68 |
66,1 |
12,63 |
202 |
191,07 |
45,62 |
66,0 |
12,66 |
882 |
191,81 |
45,65 |
66,2 |
12,67 |
2k |
191,38 |
45,63 |
63,9 |
12,68 |
4,6k |
198,43 |
45,95 |
63,5 |
12,68 |
10,1k |
199,68 |
46,00 |
63,4 |
12,68 |
20,7k |
200,00 |
46,02 |
63,9 |
12,7 |
49,1k |
198,74 |
45,96 |
64,2 |
12,68 |
102k |
197,50 |
45,91 |
64,2 |
12,68 |
210k |
197,50 |
45,91 |
88 |
12,68 |
511k |
144,09 |
43,17 |
95 |
12,66 |
1M |
133,26 |
42,49 |
Charakterystyka amplitudowo - częstotliwościowa
Wnioski i spostrzeżenia:
- Zaprojektowanie wzmacniacza polegało na obliczeniu wartości rezystorów dołączanych do zacisków płytki tak by uzyskać przyjętą wartość wzmocnienia. Ze względu na dobrane elementy układu, nieznacznie różniące się od założonych wzmocnienie minimalnie różniło się od tego z obliczeń projektowych, maksymalne zmierzone wzmocnienie wyniosło 51,95 [V/V], a w projekcie zakładaliśmy 51 [V/V]
- Otrzymane wyniki i charakterystyki zaprojektowanego wzmacniacza wydają się poprawne choć zapewne nie są one pozbawione błędów i nieścisłości, które mogły być spowodowane: błędami pomiarów, brakiem rezystorów i kondensatorów o wartości założonej, oraz tym że są to elementy rzeczywiste, a nie idealne.
- Przy bardzo szybkich zmianach napięcia na wejściu może się okazać w pewnym momencie, że przesunięcie fazowe między napięciem wejściowym a wyjściowym zmieni się tak, że zmieni się charakter sprzężenia zwrotnego.