ĆWICZENIE LABORATORYJNE TEMAT: Badanie wzmacniacza

ĆWICZENIE LABORATORYJNE
TEMAT: Badanie wzmacniacza różnicowego i określenie parametrów
wzmacniacza operacyjnego
1. WPROWADZENIE
Przedmiotem ćwiczenia jest zapoznanie się ze wzmacniaczem różnicowym, który
stanowi podstawowy element wzmacniacza operacyjnego oraz określenie wybranych
parametrów wzmacniacza operacyjnego. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z następującymi
parametrami:
- wzmocnienie różnicowe wzmacniacza;
- wzmocnienie sumacyjne;
- współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMMR);
- rezystancja wejściowa wzmacniacza;
- rezystancja wyjściowa wzmacniacza;
- szybkość narastania napięcia wyjściowego (SR);
- wejściowe napięcie niezrównoważenia;
- pasmo wzmacniacza.
2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
W celu należytego przygotowania się do ćwiczenia należy przestudiować zagadnienia z
następujących pozycji literaturowych:
1. Jeżykowski R., Kawałkiewicz P., Majewski J. – „Układy elektroniczne” WAT 1984, S45925 str. 143-145.
2. Watson J. - „Elektronika” WKiŁ 1999, Syg. 55914, str. 170-173.
3. Tietze U., Schenk Ch., - „Układy półprzewodnikowe” Wyd. III, WNT 1996, Syg. 53555,
str. 484-93, 141-148.
4. Horowitz P., Hill W., - „Sztuka elektroniki” cz. 1, Wyd. IV, WKiŁ 1997, Syg. 55051, str.
110-113 i 187-188.
3. PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE
1. Omówić budowę wzmacniacza różnicowego.
2. Omówić zasadę pracy wzmacniacza różnicowego.
3. Podać określenie współczynnik tłumienia sygnału wspólnego.
4. Omówić teoretyczne parametry wzmacniacza operacyjnego.
5. Omówić metodę pomiaru rezystancji wejściowej wzmacniacza operacyjnego
wykorzystywaną w ćwiczeniu laboratoryjnym.
6. Podać określenie szybkości narastania napięcia wyjściowego.
7. Narysować schemat i omówić zasady kompensacji wejściowego napięcia
niezrównoważenia
Uwaga!
Zauważone błędy lub inne uwagi dotyczące instrukcji i ćwiczenia proszę kierować do
Wojciecha Pary tel. 6837845 lub [email protected]
4. PRZEBIEG ĆWICZENIA
A. Badanie wzmacniacza różnicowego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok c połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze
schematem przedstawionym na rys. 1.
+ 12V
R1 2
4 , 7 kΩ
R1 3
4 , 7 kΩ
OUT2
OUT1
Q3
Q2
3904 3904
R1 1
1 kΩ
C1 1
47µF
R1 6
1 kΩ
R1 4
IN
R1 5
3 , 3 kΩ
A
B
VR1
1 kΩ
- 12V
C
Rys. 1. Schemat układu do badania wzmacniacza różnicowego
Pomiary:
- podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN) i oscyloskop do
jego wyjść (OTP1 i OTP2);
- ustawić suwak potencjometru VR1 tak aby rezystancja między punktami B i C była
największa (Uwej1=Uwej2);
- ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1kHz;
- regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalne niezniekształcone sygnały
wyjściowe;
- przerysować oscylogramy sygnałów wyjściowych i wejściowych;
- wykorzystując potencjometr VR1 ustawić Uwej2=1/2 Uwej1 oraz Uwej2=0;
- dla powyższych sytuacji przerysować oscylogramy przebiegów wejściowych i wyjściowych.
Zadanie:
- na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe różnicowe Kr i sumacyjne
Ks, oraz współczynnik CMMR.
B. Pomiar rezystancji wejściowej Rwej wzmacniacza operacyjnego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 2.
R2 2
1 0 0 kΩ
A
VR3
1 0 0 kΩ
B
C
∼
R1 8
1 0 kΩ
+12V
+
Uwyj
-12V
Uwej
Rys. 2. Schemat układu do pomiaru rezystancji wejściowej Rwej wzmacniacza operacyjnego
Pomiary:
- ustawić VR3 na minimum (punkt B i C są zwarte );
- ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe Uwej o częstotliwości f=1kHz;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop i tak dobrać amplitudę sygnału wejściowego
Uwej aby uzyskać nie zniekształcony przebieg na wyjściu;
- zanotować wartość amplitudy sygnału wyjściowego;
- za pomocą rezystora VR3 ustawić połowę amplitudy sygnału na wyjściu;
- wyłączyć zasilanie;
- wykorzystując omomierz zmierzyć wartość rezystora VR3 między punktami B i C;
- zanotować wartość rezystancji Rwej.
C. Pomiar rezystancji wyjściowej Rwyj wzmacniacza operacyjnego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 3.
R2 2
1 0 0 kΩ
R1 8
1 0 kΩ
∼
Uwej
+12V
+
-12V
VR1
1 kΩ
Uwyj
SW1
R2 5
A
22Ω
Rys. 3. Schemat układu do pomiaru rezystancji Rwyj wzmacniacza operacyjnego
Pomiary:
- ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe Uwej o częstotliwości f=1kHz;
- ustawić przełącznik SW1 w położenie „wył”;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć oscyloskop i tak dobrać amplitudę sygnału wejściowego
Uwej aby uzyskać nie zniekształcony przebieg na wyjściu;
- zanotować wartość napięcia wyjściowego Uwyj;
- ustawić przełącznik SW1 w położenie „wł”;
- za pomocą rezystora VR1 ustawić połowę wartości napięcia wyjściowego Uwyj;
- wyłączyć zasilanie;
- wykorzystując omomierz zmierzyć wartość rezystancji między punktem A i masą;
- zanotować wartość rezystancji Rwej w tabeli 1;
- procedurę pomiaru powtórzyć dla częstotliwości f=100Hz, 10kHz i 50kHz;
- wyniki zanotować w tabeli 1.
Tabela 1
f [kHz]
Rwyj [kΩ]
0,1
1
10
50
D. Pomiar szybkości narastania napięcia wyjściowego – SR (slew rate)
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 4.
R2 3
1 kΩ
R1 9
1 kΩ
+12V
+
Uwej
-12V
Rys. 4. Schemat układu do pomiaru szybkości narastania napięcia wyjściowego
Pomiary:
- przyłączyć do wejścia wzmacniacza generator fali prostokątnej o częstotliwości f=1kHz;
- do wyjścia wzmacniacza przyłączyć oscyloskop;
- zmieniać częstotliwość napięcia wejściowego i obserwować na oscyloskopie sygnał
wyjściowy;
- dla kilku częstotliwości przerysować oscylogramy napięcia wyjściowego.
Zadanie:
- na podstawie przerysowanych oscylogramów obliczyć współczynnik narastania napięcia
wyjściowego SR korzystając z następującej zależności:
U
S R=
tr
gdzie: U – amplituda impulsu;
tr – czas narastania.
E. Określenie szerokości pasma wzmacniacza operacyjnego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 5.
R2 2
1 0 0 kΩ
R1 9
1 kΩ
Uwej
∼
+12V
+
R2 1
1 kΩ
-12V
Uwyj
Rys. 5. Schemat układu do pomiaru szybkości narastania napięcia wyjściowego
Pomiary:
- ustawić sinusoidalne napięcie wejściowe o amplitudzie Uwej = 50 mV;
- do wyjścia wzmacniacza przyłączyć oscyloskop;
- zmieniając częstotliwość napięcia wejściowego f od 30Hz do 30kHz, zmierzyć amplitudę
napięcia wyjściowego Uwyj;
- wyniki zanotować w tabeli 2.
Tabela 2
f [Hz]
Uwyj [V]
Ku [V/V]
KudB [dB]
Zadanie:
- obliczyć wzmocnienie wzmacniacza Ku i KudB;
- wykreślić charakterystykę KudB=F(f);
- wyznaczyć pasmo wzmacniacza na poziomie – 3dB.
F. Pomiar wejściowego napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza odwracającego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 6.
R2 4
4 7 kΩ
R2 0
4 , 7 kΩ
IN3
+12V
+
+12V
VR3
1 0 0 kΩ
R1 7
1 0 0 kΩ
-12V
Uwyj
-12V
VR2
1 kΩ
Rys. 6. Schemat układu do ustalenia napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza odwracającego
Pomiary:
- połączyć wejście wzmacniacza IN3 z masą układu;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć woltomierz napięcia stałego;
- zmierzyć wartość napięcia wyjściowego;
- jeśli napięcie wyjściowe nie równa się zeru to należy:
* ustawić maksymalną wartość rezystancji VR2;
* ustawić napięcie na wyjściu równe zero poprzez regulację rezystorem VR3;
- zmierzyć wartość napięcia w punkcie B rezystora VR3.
Zadanie:
- obliczyć napięcie niezrównoważenia wykorzystując wartości rezystorów R17 i VR2.
G. Pomiar wejściowego napięcia niezrównoważenia dla wzmacniacza nieodwracającego
Warunki pomiarów:
- wykorzystując moduł pomiarowy KL-23012, blok d połączyć schemat pomiarowy zgodnie
ze schematem przedstawionym na rys. 7.
+12V
VR3
1 0 0 kΩ
-12V
R2 4
4 7 kΩ
R1 7
1 0 0 kΩ
VR2
1 kΩ
R2 0
4 , 7 kΩ
+12V
+
R2 1
1 kΩ
-12V
Uwyj
Rys. 7. Schemat układu do regulacji napięcia niezrównoważeni dla wzmacniacza odwracającego
Pomiary:
- połączyć wejście wzmacniacza IN2 z masą układu poprzez rezystor R21;
- do wyjścia wzmacniacza podłączyć woltomierz napięcia stałego;
- zmierzyć wartość napięcia wyjściowego;
- jeśli napięcie wyjściowe nie równa się zeru to należy:
* ustawić maksymalną wartość rezystancji VR2;
* ustawić napięcie na wyjściu równe zero poprzez regulację rezystorem VR3;
- zmierzyć wartość napięcia w punkcie B rezystora VR3.
Zadanie:
- obliczyć napięcie niezrównoważenia wykorzystując wartości rezystorów R17 i VR2.
5. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA
Sprawozdanie powinno zawierać:
- krótki opis ćwiczenia;
- schematy ideowe układów pomiarowych;
- wyniki pomiarów;
- zdjęte oscylogramy i sporządzone wykresy;
- protokół pomiarowy podpisany przez prowadzącego ćwiczenie;
- przykładowe obliczenia;
- wnioski.