WZMACNIACZ OPERACYJNY
1. OPIS WKA
ADKI DA 041A
Wkładka DA041A zawiera wzmacniacz operacyjny źA 741 oraz zestaw zacisków, które
umożliwiają dołączenie elementów zewnętrznych: rezystorów, kondensatorów i zwór. Rezystory R1 i
R2 zmniejszają wpływ kabli połączeniowych na działanie układu i wyniki pomiarów, natomiast
rezystory R3 i R4 są dzielnikiem napięciowym.
W zależności od przeprowadzanego eksperymentu, z
ródłami sygnałów sterujących układ
badany mogą być: generator sinusoidalny, generator impulsów prostokątnych lub regulowane z
ródło
prÄ…dowe SA1111.
12 13 14
WY
16 R1
2,2k
15 osc
17
2 3
1
WE1
741
15V
5
6
11
4
R2
R5 51 2,4k
WE2ac 4 -
x1
10
US
+ źA741
WE2dc R3
5
6
10
4,7k
8 9
x 0,5
-15V
7
WE3
R4
4,7k
11
19
18
Rys. 1. Schemat ideowy części stałej układu badanego. Przerywanymi liniami połączono pary
zacisków, pomiędzy które można wmontować dodatkowe elementy.
2. OBSERWACJE I POMIARY
2.1 Wzmacniacz odwracajÄ…cy/nieodwaracajÄ…cy
Zaprojektować wzmacniacz (obliczyć wartości rezystorów) o wzmocnieniu równym jednej z
wartości w tablicy 1. Rezystancja wejściowa zaprojektowanego wzmacniacza oraz układów badanych
w p. 2.2, 2.3 nie może być mniejsza niż 2 k©.
Tablica 1. Wartości wzmocnienia kuf0 [V/V]
+101 +41 -40 +74 -73 -100 +21 -20
Zakładając, że w układzie badanym wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą
sprzężenia zwrotnego dla składowych stałych wynosi (Au0) ku0 = 150000 ą 20%, a częstotliwość
bieguna dominującego fg3dBB=5 Hz ą 20%, należy oszacować górną częstotliwość graniczną fgf3dBB
zaprojektowanego wzmacniacza.
Wmontować na wkładkę obliczone elementy, a następnie zmierzyć charakterystykę
częstotliwościową kuf ( f ) (amplitudową i fazową) wzmacniacza. Wykorzystać do tego celu generator
sinusoidalny Agilent 33220A oraz oscyolskop cyfrowy z funkcjami pomiaru napięć ac, częstotliwości
i fazy. Napięcie wyjściowe mierzyć na wyjściu 741 wkładki DA041A
W sprawozdaniu:
a) zamieścić wyniki obliczeń - wykorzystać charakterystyki źA741 zawarte w Dodatku,
b) zamieścić zmierzone charakterystyki oraz podać wyznaczone na ich podstawie wartości kuf0 i fgf3dBB,
c) wyjaśnić, czy w czasie pomiarów wystąpiło ograniczenie szybkości zmian napięcia wyjściowego.
2.2 Pomiar maksymalnej szybkości zmian napięcia wyjściowego SR (slew rate)
Korzystając z informacji zawartych w Dodatku zmierzyć, korzystając z oscyloskopu,
maksymalną szybkość zmian napięcia wyjściowego w badanym wzmacniaczu. Układ należy
wysterować sygnałem prostokątnym o dużej amplidudzie. Obserwować przebiegi w układzie
wzmacniaczy o różnych wzmocnieniach.
W sprawozdaniu:
a) zamieścić schemat układu pomiarowego, obserwowane przebiegi napięć i wyznaczoną wartość
parametru SR,
b) odpowiedzieć na pytanie z jakich tranzystorów zbudowany jest stopień wejściowy wzmacniacza
741.
c) zamieścic schemat wzmacniacza 741 i wyprowadzić wzory określające wartości SR i fg3dBB.
Porównać (w tabeli) obliczone wartości z danymi katalogowymi układu źA 741 oraz z wartościami
uzyskanymi z pomiarów. Wskazać możliwe przyczyny ewentualnych różnic,
c) wyjaśnić, czy maksymalna szybkość zmian napięcia wyjściowego zależy od wzmocnienia układu.
2.3 Analogowe przetwarzanie sygnałów
Zaproponować schemat ideowy oraz obliczyć wartości elementów dyskretnych, aby otrzymać
jeden z niżej wymienionych układów:
a) integrator, przetwarzający falę prostokątną o amplitudzie 5 V, współczynniku wypełnienia około
0,2 i okresie równym 0,5 ms na napięcie trójkątne o wartości międzyszczytowej 2 V;
b) sumator dwóch napięć spełniający zależność:
U = -(0,5Å"U + 3Å"Uwe2 );
wy we1
c) przetwornik prąd - napięcie, spełniający zależność:
Uwy = -1000·Iwe dla Iwe "(0, +10 mA)
d) przetwornik prąd - napięcie, spełniający zależność:
Uwy = -500·Iwe dla Iwe "(-20 mA, +20 mA);
e) wzmacniacz o wzmocnieniu regulowanym płynnie w zakresie wartości od -1 do +1;
f) przesuwnik fazy sygnału sinusoidalnego, o regulowanym płynnie przesunięciu fazy między
napiÄ™ciami na jego wejÅ›ciu i wyjÅ›ciu. Minimalny zakres regulacji od 5° do 175°. CzÄ™stotliwość
sygnału 1 kHz;
g) wzmacniacz różnicowy o wzmocnieniu różnicowym wynoszącym 2.
Każdy układ należy zaprojektować tak, aby był on realizowany za pomocą wkładki DA041A.
Zmontować układ oraz sprawdzić, czy spełnia zadaną funkcję. W przypadku niepowodzenia należy
układ korygować, aż do osiągnięcia założonego celu.
W sprawozdaniu zamieścić schemat zaprojektowanego układu oraz wyniki pomiarów ilustrujące jego
działanie i właściwości.
2.4. Kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej
Zaproponować schemat ideowy oraz obliczyć wartości elementów dyskretnych wzmacniacza o
asymptotycznej charakterystyce amplitudowej wybranej spośród zamieszczonych na rys. 2.
Zmontować układ i zmierzyć jego charakterystykę kuf(f) - amplitudową i fazową.
W sprawozdaniu narysować schemat zaprojektowanego układu. Na jednym rysunku wykreślić
charakterystyki zmierzone i obliczone (asymptoty) oraz wyjaśnić ewentualne niezgodności.
2
a) b)
ku, V/V ku, V/V
-100 -100
-10 -10
-2
-1 -1
0,02
0,01 0,1 1 10 100 f, kHz 1 f, kHz
10 100
d)
c)
ku, V/V ku, V/V
-100 -100
-20
-10 -10
-2
-1 -1
0,01
0,5
0,05 1 10 100 f, kHz 10 100 f, kHz
e) f)
ku, V/V ku, V/V
-100 -100
-50 -50
-10 -10
-1 -1
0,05 1 10 50 f, kHz 0,1 1 5 100 f, kHz
g) h)
ku, V/V ku, V/V
-100 -100
-30
-10 -10
-1 -1
0,01 0,3
10 100 f, kHz 0,1 1 10 100 f, kHz
Rys. 2. Asymptotyczne charakterystyki amplitudowe  założenia do projektowania wzmacniaczy.
Nachylenia odcinków charakterystyk wynoszą: 0 dB/dek, +20 dB/dek lub -20 dB/dek.
3
DODATEK
4