Ćw. 6. Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych (płytka

Ćw. 6. Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych
(płytka wzm. I)
Celem ćwiczenia jest poznanie i przetestowanie podstawowych układów pracy wzmacniacza
operacyjnego w zastosowaniach liniowych, takich jak: wzmacniacz napięciowy nieodwracający,
wzmacniacz odwracający, sumator, wzmacniacz różnicowy. Sam wzmacniacz operacyjny może
być w niniejszym ćwiczeniu traktowany jak wzmacniacz (niemal) idealny.
Właściwości idealnego wzmacniacza operacyjnego
•
•
•
•
•
•
nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe sygnałów różnicowych (Ku diff → ∞)
idealne tłumienie (zerowe wzmocnienie) sygnału wspólnego (CMRR→ ∞)
prądy wejściowe równe zeru,
idealne zrównoważenie (zero na wyjściu przy zerowym różnicowym napięciu
wejściowym),
zachowanie w/w cech niezależnie od częstotliwości (nieskończenie szerokie pasmo
przenoszenia wzmacniacza)
nieograniczone napięcie wyjściowe i prąd wyjściowy
(ograniczenia wzmacniaczy realnych: napięcia nasycenia, prąd ok.20mA)
Zadania do wykonania w trakcie ćwiczenia:
•
•
•
Zrealizować zadane schematy połączeń dobierając odpowiednio elementy układu
Wyznaczyć charakterystyki przejściowe pierwszych trzech układów, zdejmując je “punkt
po punkcie”, a także posługując się szybką metodą z użyciem generatora i oscyloskopu
Zbadać zachowanie się wszystkich układów dla różnych poziomów napięć wejściowych,
używając przy tym jako sygnałów wejściowych napięcia z generatora, a także napięć
stałych z dzielników napięcia (potencjometrów).
1. Wzmacniacz odwracający.
ku = −
1
R2
R1
Posługując się dostępnymi rezystorami dobrać trzy różne wzmocnienia wzmacniacza (np.: -0.1;
-1; -10; -50). Dla ustawionych wartości wykreślić charakterystyki przejściowe (także z punktami
nasycenia, jeśli takie wystąpią).
2. Wzmacniacz nieodwracający
ku =
R1 + R2
R1
Posługując się dostępnymi rezystorami dobrać trzy różne wzmocnienia wzmacniacza.
Sprawdzić analitycznie, jaki jest zakres osiągalnych wzmocnień (w ogóle , oraz dla rezystancji
dostępnych w zestawie). Dla wybranych wartości wykreślić charakterystyki przejściowe
V2=f(V1) (także z punktami nasycenia, jeśli takie wystąpią) w jednym układzie
współrzędnych.
3. Wtórnik napięciowy
Jest to szczególny przypadek wzmacniacza nieodwracającego, o wzmocnieniu równym
jedności.
Wykreślić charakterystykę przejściową V2=f(V1)
2
4. Sumator odwracający
Sumator odwracający (zmieniający znak) powstaje z rozwinięcia układu wzmacniacza
odwracającego. Na wejściu odwracającym “-” wzmacniacza operacyjnego jest napięcie
zerowe, tzw. masa pozorna. Prądy wejściowe płynące przez R11 i R12 sumują się i
przepływając przez R2 odkładają na nim napięcie, które jest równocześnie napięciem
wyjściowym wzmacniacza.
V 2=−
R2
R
⋅V 11− 2 ⋅V 12
R11
R12
Zadaniem jest zbudowanie sumatora o dwóch różnych wzmocnieniach wspólnych (takich
samych dla obu wejść V11,V12). Należy także zastanowić się nad możliwością sumowania z
założonymi różnymi wagami wejściowymi i wzmocnieniem wspólnym.
5. Sumator nieodwracający
Sumator nieodwracający (o dodatnich wzmocnieniach) powstaje ze wzmacniacza
nieodwracającego z dodatkowymi dzielnikami wejściowymi. Zakładając: R31=R32=R1 oraz
R2=R4 otrzymujemy układ sumatora sygnałów wejściowych ze wzmocnieniem wspólnym
zależnym od stosunku R2/R1.
Zadaniem jest zbudowanie sumatora o dwóch różnych wzmocnieniach wspólnych (takie same
wagi wejściowe). Należy także zastanowić się nad możliwością sumowania z założonymi
wagami wejściowymi i wzmocnieniem wspólnym (jak w punkcie 4).
3
6. Wzmacniacz różnicowy
Wzmacniacz różnicowy jest układem o symetrycznym wejściu i niesymetrycznym wyjściu.
gdy :
to:
Należy sprawdzić ile możliwych układów można zrealizować i jeden (ew. dwa) z nich przebadać.
W sprawozdaniu (jedna kartka +ew. forma elektroniczna) należy zamieścić m.in
•
schematy pomiarowe z zestawieniem użytych przyrządów
•
wykresy charakterystyk badanych układów
•
wyniki analiz teoretycznych, krótkie uzasadnienia,
•
wnioski dotyczące uzyskanych wyników
•
uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia, sprawności stanowiska itp.
4