POLITECHNIKA POZNAŃSKA |
|||
Laboratorium z Elektroniki
Ćwiczenie nr 11
Temat: Wzmacniacz operacyjny - zastosowanie nieliniowe |
|||
Rok akademicki: 2003/2004
Wydział Elektryczny
Studia dzienne magisterskie
Grupa E-3 Nr podgrupy: 4 |
Wykonawcy:
1. Filipiak Mateusz 2. Marcinkowski Remigiusz 3. Piechocki Piotr |
Data |
|
|
|
Wykonania ćwiczenia |
Oddania sprawozdania |
|
|
16.12.2003r. |
13.01.2004r. |
|
|
Ocena: |
I. Badanie wzmacniacza operacyjnego (charakterystyka Uwy = f (Uwe) ) jako ogranicznika napięcia:
jednokierunkowego (załączony SD1)
R01 - włączony:
odchylanie poziome (Uwe): 0,5
odchylanie pionowe (Uwy): 5
wartość napięcia ograniczonego:
R02 - włączony:
odchylanie poziome (Uwe): 1
odchylanie pionowe (Uwy): 5
wartość napięcia ograniczonego:
R03 - włączony:
odchylanie poziome (Uwe): 5
odchylanie pionowe (Uwy): 2
wartość napięcia ograniczonego:
dwukierunkowego (załączony SD2)
R01 - włączony:
odchylanie poziome (Uwe): 0,5
odchylanie pionowe (Uwy): 2
wartość napięcia ograniczonego:
R02 - włączony:
odchylanie poziome (Uwe): 0,5
odchylanie pionowe (Uwy): 2
wartość napięcia ograniczonego:
R03 - włączony:
odchylanie poziome (Uwe): 2
odchylanie pionowe (Uwy): 2
wartość napięcia ograniczonego:
II. Badanie przerzutnika Schmitta zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego:
Wyznaczanie charakterystyki Uwy = f (Uwe) dla zwartych przełączników S1 i S4
Uwe |
Uwy |
[V] |
[V] |
0 |
-13,75 |
1 |
-13,75 |
2 |
-13,75 |
3 |
-13,75 |
4 |
-13,75 |
5 |
-13,75 |
4 |
-13,75 |
3 |
-13,75 |
2 |
-13,75 |
1 |
-13,75 |
0 |
-13,75 |
-1 |
-13,75 |
-2 |
-13,75 |
-3 |
-13,75 |
-3,5 |
14,43 |
-4 |
14,43 |
-5 |
14,43 |
-4 |
14,43 |
-3 |
14,43 |
-2 |
14,43 |
-1 |
14,43 |
0 |
14,43 |
1 |
14,43 |
2 |
14,43 |
3 |
14,43 |
3,5 |
-13,75 |
4 |
-13,75 |
5 |
-13,75 |
Wyznaczanie charakterystyki Uwy = f (Uwe) dla zwartych przełączników S2 i S4
Uwe |
Uwy |
[V] |
[V] |
0 |
-13,80 |
1 |
-13,80 |
2 |
-13,80 |
3 |
-13,80 |
4 |
-13,80 |
5 |
-13,80 |
4 |
-13,80 |
3 |
-13,80 |
2 |
-13,80 |
1 |
-13,80 |
0 |
-13,80 |
-1 |
-13,80 |
-2 |
-13,80 |
-3 |
-13,80 |
-4 |
-13,80 |
-5 |
14,46 |
-4 |
14,46 |
-3 |
14,46 |
-2 |
14,46 |
-1 |
14,46 |
0 |
14,46 |
1 |
14,46 |
2 |
14,46 |
3 |
14,46 |
4 |
14,46 |
5 |
-13,80 |
Wyznaczanie charakterystyki Uwy = f (Uwe) przy pomocy oscyloskopu dla zwartych przełączników S1 i S4
odchylanie poziome (Uwe): 2
szerokość pętli histerezy:
Wyznaczanie charakterystyki Uwy = f (Uwe) przy pomocy oscyloskopu dla zwartych przełączników S2 i S4
odchylanie poziome (Uwe): 2
szerokość pętli histerezy:
III. Badanie multiwibratora zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego:
Przy włączonym przełączniku S8
S5 włączony:
wartość zmierzona:
wartość obliczona:
R9 = 55 kΩ
R10 = 10 kΩ
Rx = R6 = 2 kΩ
C = C1 = 10 nF
T = 99 μs f = 10,10 kHz
S6 włączony:
wartość zmierzona:
wartość obliczona:
R9 = 55 kΩ
R10 = 10 kΩ
Rx = R7 = 10 kΩ
C = C1 = 10 nF
T = 497 μs f = 2,01 kHz
S7 włączony:
wartość zmierzona:
wartość obliczona:
R9 = 55 kΩ
R10 = 10 kΩ
Rx = R8 = 100 kΩ
C = C1 = 10 nF
T = 4,97 ms f = 201 kHz
Przy włączonym przełączniku S9
S5 włączony:
wartość zmierzona:
wartość obliczona:
R9 = 55 kΩ
R10 = 10 kΩ
Rx = R6 = 2 kΩ
C = C2 = 22 nF
T = 218 μs f = 4,59 kHz
S6 włączony:
wartość zmierzona:
wartość obliczona:
R9 = 55 kΩ
R10 = 10 kΩ
Rx = R7 = 10 kΩ
C = C2 = 22 nF
T = 1093 μs f = 914 Hz
S7 włączony:
wartość zmierzona:
wartość obliczona:
R9 = 55 kΩ
R10 = 10 kΩ
Rx = R8 = 100 kΩ
C = C2 = 22 nF
T = 10,9 ms f = 92 Hz
IV. Wnioski:
I. Przy wyznaczaniu charakterystyki Uwy = f (Uwe) wzmacniacza operacyjnego jako ogranicznika napięcia, można zauważyć, że napięcie jest ograniczane dla wartości około 6,5 V. Dokładna wartość tego napięcia powinna wynosić 6,3 V, gdyż jest to spadek napięcia na diodach włączonych w obwód sprzężenia zwrotnego (5,6 V + 0,7 V = 6,3 V). Im większa wartość rezystora podłączonego szeregowo do wejścia odwracającego wzmacniacza, tym dla większego napięcia wejściowego, napięcie na wyjściu jest ograniczane (np. dla R01 = 2 kΩ , napięcie na wyjściu ma wartość stałą, od momentu, gdy napięcie na wejściu osiągnie wartość ok. ± 0,5 V a dla R03 = 10 kΩ, napięcie wyjściowe jest ograniczane dopiero, gdy na napięcie wejściowe osiągnie wartość ok. ± 5 V.
II. Przy badaniu przerzutnika Schmitta zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego, wykreślono charakterystyki przejściowe Uwy = f (Uwe) będących pętlami histerezy. Dla konfiguracji zwartych przełączników S1 i S4, wartość napięcia wyjściowego była ograniczona na poziomie:
-13,75 V oraz + 14,43 V, z kolei dla konfiguracji zwartych przełączników S2 i S4, wartości te wynosiły: -13,90 V oraz 14,46 - jak widać wartości napięć ograniczanych w obu przypadkach są podobne, różnicę zauważyć można w szerokości pętli histerezy, która dla pierwszego przypadku wynosi ok. 6,5 V (dla pętli histerezy wykreślonej na podstawie wyników pomiarów) oraz ok. 7 V (dla pętli histerezy zaobserwowanej na oscyloskopie), krzywa narastania (opadania) ma szerokość ok. 0,5 V. Dla drugiego przypadku wartości te wynoszą odpowiednio: ok. 9 V oraz ok. 10 V, zaś krzywa narastania (opadania) ma szerokość ok. 1 V, co jest mniej korzystne, niż w przypadku pierwszym. Jak widać obie metody wyznaczania pętli histerezy dały podobny wynik. Zaletą przerzutnika Schmitta jest fakt, iż w układach cyfrowych nie powoduje on zliczania impulsów poniżej pewnego napięcia (np. nie zlicza oscylacji).
III. Podczas badania multiwibratora zbudowanego na bazie wzmacniacza operacyjnego, mierzono czas trwania okresu generowanego okresu. Im większa była wartość rezystancji włączonej w obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza, tym czas trwania okresu się zwiększał a tym samym częstotliwość generowanego sygnału malała. Reguła ta się sprawdziła dla obu wartości pojemności C1 i C2. Wartości zmierzone za pomocą oscyloskopu różniły się zazwyczaj 2-3 - krotnie od wartości obliczonych za pomocą wzoru
.
11