Ćwiczenie 8	LINIOWE ZASTOSOWANIA WZMACNIACZA OPERACYJNEGO			Rok akad. 1996/97
Zespół	Imię i Nazwisko	Ocena	Data wykonania ćwiczenia 20-05-1997
6	Daniel Królikowski	...............	Prowadzący zajęcia ................................

Badanie wzmacniacza o „stałym” wzmocnieniu w funkcji częstotliwości.

Układ wzmacniacza odwracającego o stałym wzmocnieniu k_uf = -1V/V.

Rys. 1 - Schemat ideowy napięciowego wzmacniacza odwracającego
R1 = 4k7 R2 = 4k7 R3 = R1 || R2 ≈ 2k2.

Układ wzmacniacza nieodwracającego o stałym wzmocnieniu k_uf = 1V/V.

Rys. 2 - Schemat ideowy napięciowego wzmacniacza nieodwracającego
R1 = 4k7 R2 = 4k7.

Rys. 3 - Wzmacniacz operacyjny odwracający (INV.) i nieodwracający (POS.)
- napięcie wyjściowe w funkcji częstotliwości.

Wyznaczenie maksymalnej szybkości zmian napięcia na wyjściu układu nieodwracającego.

Czas t_n(f_bf) narastana odpowiedzi jednostkowej:

k_u = 2000000 ± 20% f_g = 5 ± 20%

Maksymalna szybkość zmian napięcia na wyjściu układu: S_R1 = 0,5 V/μs.

Wyznaczenie maksymalnej szybkości zmian napięcia na wyjściu układu odwracającego.

Maksymalna szybkość zmian napięcia na wyjściu układu: S_R1 = 0,496 V/μs.

Dla wzmacniaczy o module wzmocnienia napięciowego | k_uf | = 1V/V pasmo wzmacniacza nieodwracającego jest blisko dwa razy większe od pasma wzmacniacza odwracającego. W miarę wzrostu modułu wzmocnienia napięciowego różnica pasm wzmacniaczy zmniejsza się i dla | k_uf | = 10V/V wynosi około 1 kHz.

Badanie wpływu rezystancji R_r na stałe napięcie wyjściowe przy zerowym napięciu na wejściu.

Rr [kΩ]	0,10	0,15	0,22	0,56	1	1,5	2,2	5,6
UINV [mV]	7,2	6,8	6,2	3,5	-0,08	-4,1	-9,8	-37,2
Rr [kΩ]	10	15	22	56	100	150	220	560
UINV [mV]	-72,8	-113,1	-196,7	-44,2	-800,0	-1200,0	-1700,0	-4500,0

Dla układu wzmacniacza operacyjnego o stałym wzmocnieniu w funkcji częstotliwości najniższą wartość napięcia wyjściowego przy zerowym napięciu wejściowym obserwujemy przy rezystancji R_r bliskiej wartości połączonych równolegle rezystancji R1 i R2. Prądy niezrównoważenia mają wówczas równe wartości, w związku z czym do obu wejść wzmacniacza doprowadzane jest napięcie zbliżone do zera. Istnienie niezerowego napięcia na wyjściu wzmacniacza operacyjnego dla zerowego napięcia na jego wejściu jest zjawiskiem niepożądanym i projektując układy należy dążyć do minimalizacji tego zjawiska.

Badanie układu różniczkującego

Rys. 4 - Układ różniczkujący - porównanie napięć WE (V(1)) i WY (V(2)).

Transmitancja operatorowa układu różniczkującego:

Rys. 5 - Schemat ideowy układu różniczkującego.

Na rysunku 4 przedstawiono przebieg różniczkowania sygnału w układzie różniczkującym zbudowanym w oparciu o odwracający wzmacniacz operacyjny. Można zaobserwować ujemne impulsy na wyjściu towarzyszące skokowym przyrostom na wejściu i dodatnie odpowiadające skokowym spadkom sygnału wejściowego. Stałe różne od zera wartości napięcia wyjściowego towarzyszą liniowym zmianom napięcia na wejściu. Amplituda impulsów wyjściowych ściśle zależy od amplitudy zmian na wejściu, spowodowane jest to niezerowym czasem reakcji układu na takie zmiany sygnału wejściowego. Do dalszych zniekształceń sygnału wyjściowego doprowadza w układach rzeczywistych skończony czas narastania impulsów prostokątnych na wejściu.

Badanie układu całkującego.

Rys. 6 - Schemat ideowy układu całkującego.

Transmitancja operatorowa układu różniczkującego:

Rys. 7 - Napięcie wyjściowe w funkcji U_WE - model nieliniowy

Rys. 8 - Napięcie wyjściowe w funkcji U_WE, model liniowy z R1

Układ całkujący zrealizowano na bazie wzmacniacza operacyjnego odwracającego z pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego. W konfiguracji układu bez rezystora R₁ dla sygnałów zmiennych o małych częstotliwościach lub dla prądu stałego impedancja pojemności C₁ jest tak duża, że układ praktycznie pozbawiony jest ujemnego sprzężenia zwrotnego. Skutkiem tego jest możliwość osiągnięcia maksymalnego lub minimalnego napięcia na wyjściu wzmacniacza operacyjnego spowodowanego napięciem niezrównoważenia tego wzmacniacza (zjawisko zatrzaśnięcia). Zakres aktywnej pracy układu jest bardzo mały, to znaczy dla małych wartości napięć wejściowych następuje zatrzaśnięcie wzmacniacza

Włączenie równolegle do pojemności C₁ rezystora R₁ powoduje ograniczenie wzmocnienia w zakresie małych częstotliwości do wartości k_uf. Wartość rezystancji rezystora R₁ zależy od oczekiwanej szerokości pasma aktywnej pracy wzmacniacza dla składowej stałej przy czym wraz ze wzrostem tej rezystancji maleje szerokość pasma.

Układ o założonej charakterystyce częstotliwościowej.

Zadane parametry projektowanego układu.

f₁ = 300Hz k_u1 = 100 V/V f₂ = 3kHz

charakterystyka typu „A”.

Zakładam R2 = 1kΩ

Rys. 9 - Układ formujący charakterystykę częstotliwościową
Wzmocnienie napięciowe w funkcji częstotliwości.

Plik symulacyjny projektowanego układu:

KOREKTOR

.WIDTH IN=80 OUT=80

VG 1 0 AC 1M

R1 5 3 100k

C1 5 3 530pF

R2 2 3 1k

C2 1 2 530nF

R3 4 0 1k

X1 3 4 5 0 OPAMP

.LIB OPAMP.LIB

.AC DEC 100 1 10MEG

.OPTIONS NOPAGE

.PROBE

.END

---