Pobierz

ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU
ZAKŁAD TELEKOMUNIKACJI W TRANSPORCIE
WYDZIAŁ TRANSPORTU
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 8
WZMACNIACZ OPERACYJNY
DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO
WARSZAWA 2016
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 :
+ 15 V
R2
R1
U1
R2
+
R1
U2
UA
R3
- 15 V
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 UA na oscyloskopie i na mierniku.
Określ jakie wartości napięcia U2 powodują komparację napięcia UA na wyjściu dla trzech
różnych wartości napięcia U1.
Tabela 1
U1 [V]
U2 [V]
UA [V]
Wyjaśnij mechanizm zaobserwowanej komparacji.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, mgr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2016.
2
b) Teraz połącz R3 = 100 k pomiędzy wejściem nieodwracającym
i wyjściem wzmacniacza operacyjnego. Dla trzech różnych wartości napięcia U1 określ
napięcie U2 powodujące przełączenie napięcia wyjścia z +UA na –UA (lub odwrotnie).
Tabela 2
U1 [V]
U2 [V]
UA [V]
dla R3 = 100 [k]
c) Czynności z punktu b) wykonaj także dla układu, w którym R3 zastąpimy R11=169 [k].
Jak teraz zmieniła się pętla histerezy? Jak zmieniło się zachowanie komparatora?
Tabela 3
U1 [V]
U2 [V]
UA [V]
dla R3 = 169 [k]
d) Zestaw układ według rys. 2 :
+ 15 V
R2
R1
U1
R2
+
R1
U2
RX
UA
- 15 V
Rys. 2. Wzmacniacz operacyjny z ujemnym sprzężeniem zwrotnym
Podłącz kolejno w miejsce rezystora RX rezystory o wartości : 100 [k], 47 [k] i 22 [k].
Rezystor RX jest podłączony pomiędzy wejście odwracające i wyjście wzmacniacza
operacyjnego.
Wyznacz i narysuj charakterystyki UA = f(U1) dla różnych wartości rezystancji przy U2=const.
Wartość U2 dobierz tak, aby umożliwiała ona zmianę wartości UA w całym zakresie zmian
U1, dla wszystkich wartości rezystancji RX.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, mgr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2016.
3
Tabela 4
U1 [V]
UA [V]
dla RX = 100 [k]
Tabela 5
U1 [V]
UA [V]
dla RX = 47 [k]
Tabela 6
U1 [V]
UA [V]
dla RX = 22 [k]
Określ wartości wzmocnienia ku dla poszczególnych wartości rezystora sprzęgającego RX
wykorzystując liniową część charakterystyk.
Jaki jest wpływ rezystora RX na wzmocnienie?
2) Regulowanie sygnałów sinusoidalnych.
Sprawdź czy układ zmontowany na tablicy odpowiada układowi z rys. 3 :
+ 15 V
R2
R1
U1
R2
+
U2
R3
UA
- 15 V
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 UA do oscyloskopu i przerysuj otrzymany wykres.
Regulując potencjometrem R1 wykonaj wykres współczynnika wypełnienia WW w funkcji U1
i UA.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, mgr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2016.
4
Tabela 7
WW
U1
UA
dla R2 = 2 x 33 [k]
Tabela 8
WW
U1
UA
dla R2 = 2 x 47 [k]
Podłącz rezystancję R3 = 100 k 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 UA w funkcji R3, tak aby przebieg
wyjściowy nie był zniekształcony. Przyjmij następujące wartości R3: 22, 39, 47, 69, 100
i 122 [k].
R3 [k]
U1 [V]
UA [V]
22
39
47
69
100
Tabela 9
122
min
max
min
max
dla R2 = 2 x 33 [k]
R3 [k]
U1 [V]
UA [V]
22
39
47
69
100
Tabela 10
122
min
max
min
max
dla R2 = 2 x 47 [k]
Wykonaj wykres ku w funkcji R3 dla dwóch różnych wartości R2: 2x33 [k] oraz 2x47 [k].
Wartości R3 przyjmij jak powyżej.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, mgr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2016.
5
C. Wyposażenie
Elementy układu:
Wzmacniacz operacyjny LM 741 ....................................................................................... szt. 1
Dioda Zenera D1 = ZPY 8.2 ................................................................................................. szt. 1
Potencjometr R1 = 100 k ................................................................................................... szt. 2
Potencjometr R2 = 10 k ..................................................................................................... szt. 1
Rezystor R2 = 33 k ............................................................................................................ szt. 2
Rezystor R3 = 100 k .......................................................................................................... szt. 1
Rezystor R4 = 47 k ........................................................................................................... szt. 2
Rezystor R5 = 10 k ............................................................................................................ szt. 1
Rezystor R6 = 33 k ............................................................................................................ szt. 1
Rezystor R7 = 1,5 k ........................................................................................................... szt. 1
Rezystor R8 = 1 k .............................................................................................................. szt. 1
Rezystor R9 = 330  ............................................................................................................ szt. 1
Rezystor R10 = 220  ........................................................................................................... szt. 1
Rezystor R11 = 470 k ......................................................................................................... szt. 1
Sprzęt pomiarowy:
Oscyloskop dwukanałowy.................................................................................................... szt. 1
Multimetr .............................................................................................................................. szt. 3
Źródło zasilania:
Zasilacz podwójny............................................................................................................... szt. 1
Generator funkcyjny ............................................................................................................. szt. 1
Akcesoria:
Płyta montażowa .................................................................................................................. szt. 1
Komplet przewodów ............................................................................................................ szt. 1
D. Zagadnienia do opracowania
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Własności idealnego wzmacniacza operacyjnego.
Układ pracy wzmacniacza nieodwracającego.
Układ pracy wzmacniacza odwracającego.
Układ pracy wzmacniacza różnicowego.
Układ pracy wzmacniacza sumującego.
Układ pracy wzmacniacza całkującego.
Układ pracy wzmacniacza różniczkującego.
Dodatnie i ujemne sprzężenie zwrotne.
E. Literatura
1.
Dobrowolski A., Jachna Z., Majda E., Wierzbowski M.: „Elektronika - ależ to bardzo
proste!”. Wydawnictwo BTC, 2013.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, mgr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2016.
6
2.
3.
4.
5.
6.
Górecki P.: „Wzmacniacze operacyjne: podstawy, aplikacje, zastosowania”. Wyd.
BTC, Warszawa 2004.
Horowitz P., Hill W.: „Sztuka elektroniki. Tom I i II”. Wydawnictwa Komunikacji i
Łączności, Warszawa 2013.
Kaźmierkowski M., Matysik J.: „Wprowadzenie do elektroniki i energoelektroniki”.
Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
Tietze U., Schenk C: ,,Układy półprzewodnikowe”. Wydawnictwa Naukowo
Techniczne, 2009.
Wawrzyński W.: ,,Podstawy współczesnej elektroniki”. Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, 2003.
Opracowali: dr inż. Jerzy Chmiel, dr inż. Adam Rosiński, mgr inż. Ewa Dudek, inż. Andrzej Szmigiel
Wydział Transportu PW. Warszawa 2016.
7