Wyższa Szkoła Techniczno-Ekonomiczna w Warszawie

Laboratorium Elektroniki

Ćwiczenie nr 4

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Do użytku wewnętrznego

Warszawa 2005

A. Cel ćwiczenia.

• Przedstawienie zachowania wzmacniacza operacyjnego

• Zasada ujemnego sprzężenia zwrotnego

• Wzmacniacz operacyjny, jako stabilizator napięcia

B. Część badawcza.

1) Przedstawienie zachowania nie podłączonego wzmacniacza operacyjnego.

Zestaw układ według rys. 1 :

Rys. 1. Wzmacniacz operacyjny jako komparator.

Zbuduj obwód zgodnie z powyższym schematem (jednakże bez R₃ , tzn. otwarta pętla).

a) Regulując napięciami U₁ i U₂ za pomocą potencjometrów R₁ : obserwuj napięcie wyjściowe U_A na oscyloskopie i na mierniku.

Określ jakie wartości napięcia U₂ powodują komparację napięcia U_A na wyjściu dla trzech różnych wartości napięcia U­1­.

U1 [V]
U2 [V]
UA [V]

Wyjaśnij mechanizm zaobserwowanej komparacji.

b) Ustaw U₁ i U₂ na 0 V. Teraz połącz R₃ = 100 kΩ pomiędzy wejściem nieodwracającym i wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Regulując wartością napięcia U₁ określ napięcie U₂ powodujące przełączenie napięcia wyjścia z +U_A na -U_A (lub odwrotnie).

c) Czynności z punktu b) wykonaj także dla układu, w którym R₃ zastąpimy R₁₁=470 [kΩ]. Jak teraz zmieniła się pętla histerezy? Jak zmieniło się zachowanie komparatora?

d) Zestaw układ według rys. 2 :

Rys. 2. Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

Podłącz kolejno w miejsce rezystora R_X rezystory o wartości : 100 [kΩ], 47 [kΩ] i 22 [kΩ]. Rezystor R_X jest podłączony pomiędzy wejście odwracające i wyjście wzmacniacza operacyjnego.

Wyznacz i narysuj charakterystyki U_A = f(U₁) dla różnych wartości rezystancji przy U₂=const.

U1 [V]
UA [V]

Określ wartości wzmocnienia k_u dla poszczególnych wartości rezystora sprzęgającego R_X wykorzystując liniową część charakterystyk.

Jaki jest wpływ rezystora R_X na wzmocnienie?

2) Regulowanie sygnałów sinusoidalnych.

Sprawdź czy układ zmontowany na tablicy odpowiada układowi z rys. 3 :

Rys. 3. Wzmacniacz operacyjny jako regulator sygnałów sinusoidalnych.

Podłącz generator funkcyjny i ustaw napięcie zmienne: U₂ = 1,5 V z częstotliwością f = 1 kHz. Ustaw potencjometr R₁ na wartość średnią. Nie podłączaj rezystora R₃.

Podłącz U₂ i U_A do oscyloskopu i przerysuj otrzymany wykres.

Regulując potencjometrem R₁ wykonaj wykres współczynnika wypełnienia w funkcji U₁ i U_A.

Podłącz rezystancję R₃ = 100 kΩ pomiędzy wejściem inercyjnym i wyjściem wzmacniacza. Jak zmieni się charakterystyka napięcia wyjściowego ?

Przerysuj otrzymane wykresy napięcia wyjściowego dla trzech różnych wartości R₁.

Wykonaj wykresy zakresu dopuszczalnych zmian U₁ i U_A w funkcji R₃, tak aby przebieg wyjściowy nie był zniekształcony. Przyjmij następujące wartości R₃: 22, 39, 47, 69, 100 i 122 [kΩ].

Wykonaj wykres k_u w funkcji R₃ dla dwóch różnych wartości R₂: 2x33 [kΩ] oraz 2x47 [kΩ]. Wartości R₃ przyjmij jak powyżej.

3) Porównanie faz napięcia wejściowego i wyjściowego.

Zestaw układ według rys. 4 :

Rys. 4. Schemat obwodu do porównania faz napięcia wejściowego i wyjściowego.

Ustaw U_E = 0V używając R₁ . Sprawdź czy U_A = 0V.

Ustaw w kolejności napięcie wejścia U_E według danych podanych w tabeli 1 i zmierz U_A i U₂ w każdym z przypadków. Wstaw wartości do odpowiedniej kolumny.

Tabela 1

UE [V]	UA [V]	U2 [V]
-1,5
-1,0
-0,5
-0,1
0,5
1,0
1,5

Jaki zachodzi związek pomiędzy U_E i U_A ?

Jaką fazę posiada U_A w odniesieniu do U_E ?

C. Wyposażenie.

Elementy układu:

Wzmacniacz operacyjny LM 741...........szt. 1

Potencjometr R₁ = 100 kΩ.......................szt. 2

Potencjometr R₂ = 10 kΩ.........................szt. 1

Rezystor R₂ = 33 kΩ................................szt. 2

Rezystor R₃ = 100 kΩ..............................szt. 1

Rezystor R₄ = 47 kΩ...............................szt. 2

Rezystor R₅ = 10 kΩ................................szt. 1

Rezystor R₆ = 33 kΩ................................szt. 1

Rezystor R₇ = 1,5 kΩ...............................szt. 1

Rezystor R₈ = 1 kΩ..................................szt. 1

Rezystor R₉ = 330 Ω................................szt. 1

Rezystor R₁₀ = 220 Ω...............................szt. 1

Rezystor R₁₁ = 470 kΩ... ..........................szt. 1

Sprzęt pomiarowy:

Oscyloskop dwukanałowy......................szt. 1

Multimetr................................................szt. 6

Źródło zasilania:

Zasilacz ................................szt. 1

Generator funkcyjny...............................szt. 1

Akcesoria:

Płyta montażowa.....................................szt. 1

Komplet przewodów...............................szt. 1

Widok płyty montażowej do badania wzmacniacza operacyjnego

Widok płyty montażowej do badania wzmacniacza operacyjnego.

5

R₃

R₂

R₁

R₂

R₁

U₂

U₁

U_A

+ 15 V

- 15 V

+

-

-

+

- 15 V

+ 15 V

U_A

U₁

U₂

R₃

R₂

R₂

-

R₁

+

R₄

μA 741

R₄

R₁

R₅

R₆

U_E

U₁

U_e

U₂

U_A

+ 15 V

- 15 V

+ 15 V

- 15 V

741

741

- 15 V

U₂

R₁

R_X

U_A

R₂

R₁

U₁

R₂

+ 15 V

+

-

---