Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego, oraz zapoznanie się z metodami wyznaczania charakterystyk częstotliwościowych.
2. Wykaz przyrządów:
• generator przebiegu sinusoidalnego
• zasilacz programowalny
• oscyloskop 2-kanałowy z pamięcią,
• komputer z kartą pomiarowo-sterującą,
• płytka montażowa ze wzmacniaczem operacyjnym oraz elementami R i C.
3. Przedmiot badań
• Wzmacniacz operacyjny pracujący w układzie:
o odwracającym o nieodwracającym o różniczkującym o całkującym
4. Wprowadzenie
Charakterystyka amplitudowo - częstotliwościowa wzmacniacza operacyjnego jest to zależność wzmocnienia napięciowego tego wzmacniacza w funkcji częstotliwości sygnału wejściowego, przy niezmiennej amplitudzie sygnału wejściowego ( .
Ze względu na pomiar w szerokim zakresie częstotliwości oś częstotliwości przedstawiana jest w podziałce logarytmicznej. Wzmocnienie na osi pionowej przedstawia się w decybelach. W ten sposób możliwe jest porównywanie układów znacznie różniących się wzmocnieniem oraz określenie pasma przenoszenia wzmacniacza. Opisuje ono, w jakim zakresie częstotliwości wzmocnienie układu nie jest zależne od częstotliwości, – czyli wzmocnienie napięciowe wzmacniacza nie zmienia się wtedy o wartość większą niż 3dB w skali logarytmicznej.
Częstotliwości, dla których wzmocnienie jest o 3 dB mniejsze od wzmocnienia są to częstotliwości graniczne: górna ( i dolna ( ). Różnicę pomiędzy częstotliwościami i definiujemy jako szerokość pasma przenoszenia.
W środkowej części charakterystyki wzmocnienie praktycznie nie zależy od częstotliwości. W tym przedziale zmian częstotliwości, nazywanym zwyczajowo zakresem średnich częstotliwości, można traktować wzmacniacz jako układ bez ograniczeń częstotliwościowych. Poniżej częstotliwości i powyżej ujawniają się efekty związane z dynamiką układu wzmacniacza (działanie różniczkujące lub całkujące).
Charakterystyka fazowo - częstotliwościowa reprezentuje przesunięcie fazowe między sygnałem wyjściowym a wejściowym dla danej częstotliwości.
Rys. 1 - Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza
4.1 Wzmacniacz odwracający
Rys. 2 - Schemat układu wzmacniacza odwracającego
Transmitancja operatorowa wzmacniacza odwracającego:
4.2 Wzmacniacz nieodwracający
Transmitancja operatorowa wzmacniacza nieodwracającego:
Rys. 3 - Schemat układu wzmacniacza nieodwracającego
4.3 Wzmacniacz całkujący
Rys. 4 - Schemat układu wzmacniacza całkującego
Transmitancja operatorowa wzmacniacza całkującego jest dana zależnością:
Wzmocnienie tego układu zmienia się wraz ze zmianą częstotliwości sygnału wejściowego.
4.4 Wzmacniacz różniczkujący
Rys. 5 - Schemat układu wzmacniacza różniczkującego
Transmitancja operatorowa wzmacniacza różniczkującego jest dane zależnością:
Wzmocnienie tego układu zmienia się wraz ze zmianą częstotliwości sygnału wejściowego.
5. Przebieg ćwiczenia
• Napięcia zasilające wzmacniacz: V, V (względem masy)
• Przed włączeniem zasilania należy skonsultować z prowadzącym zajęcia poprawność podłączenia układu!
5.1 Wyznaczanie charakterystyki amplitudowo - częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego
• Wyznaczyć charakterystykę dla wzmacniacza pracującego w układzie:
o Odwracającym o Nieodwracającym
• Charakterystykę należy wyznaczyć dla trzech różnych wartości początkowych wzmocnienia napięciowego dla każdego układu wzmacniacza.
o Dobrać trzy różne zestawy rezystorów konfigurujących układ wzmacniacza o Wartości rezystorów dobrać tak, aby możliwe było wyznaczenie
charakterystyki, dla co najmniej trzech dekad częstotliwości
• Sposób przeprowadzenia pomiaru:
o Na wejście układu podać z generatora sygnał sinusoidalny
o Dobrać amplitudę napięcia wejściowego tak, aby wzmacniacz nie zniekształcał sygnału wyjściowego
o Podczas całego pomiaru zwrócić uwagę, aby amplituda napięcia wejściowego była stała
o Zmieniać częstotliwość sygnału w zakresie od 10 Hz do 10 KHz; w obranych punktach odczytać wartość napięcia wyjściowego
o Dla każdej zmierzonej wartości i obliczyć wzmocnienie (w dB)
• Wykreślić zależność
o Wyznaczyć częstotliwość graniczną ograniczającą pasmo przenoszenia o Określić szerokość pasma przenoszenia wzmacniacza operacyjnego o Oś częstotliwości wykreślić w skali logarytmicznej
5.2 Przeprowadzić pomiary dla wzmacniaczy pracujących w układzie różniczkującym i całkującym (dobrać zestawy rezystorów i kondensatorów)
Rys. 6 - Przykład siatki do wykreślenia zależności , częstotliwość w skali logarytmicznej
Rys. 7 - Schemat układu pomiarowego dla wzmacniacza pracującego jako wzmacniacz odwracający
6. Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy przygotować sprawozdanie, które powinno zawierać: schematy układów zrealizowanych na zajęciach, obliczenia dotyczące doboru rezystorów, tabelę z wynikami pomiarów, obliczenia potrzebne do wykreślenia charakterystyk oraz wykreślone charakterystyki częstotliwościowe. We wnioskach określić
