Pracownia Mechatroniczna Technikum Zawodowego WZDZ w Opolu

PRZYGOTOWANIE DO ĆWICZEŃ

1. Przykładowy schemat i tabele wzmacniacza odwracającego:

a) pomiar napięcia wyjściowego przy b) pomiar napięcia wyjściowego przy zmianie zmianie napięcia wejściowego w zakresie rezystancji R1 w zakresie od 10 kΩ do 1 kΩ przy od -10V do +10 V (20 pomiarów) stałym napięciu wejściowym U = 2 V (dodatnim

i ujemnym) – (20 pomiarów)

2. Narysuj charakterystyki Uwej = f (Uwyj) oraz R1 = f (Uwyj) dla obydwu tabeli zastosowanych do wzmacniaczy operacyjnych w poniższych konfiguracjach.

Wzmacniacze operacyjne mogą pracować w różnych konfiguracjach. Wybrane zostały tu podstawowe konfiguracje, takie jak:

- wzmacniacz odwracający - wzmacniacz nieodwracający - wzmacniacz sumujący - wzmacniacz różniczkujący - wzmacniacz całkujący.

Lp. Uwej [V] Uwyj [V]

1 2 ..

. 20

Lp. R1 [kΩ] Uwyj [V]

1 2 ..

. 20

Pracownia Mechatroniczna Technikum Zawodowego WZDZ w Opolu

Ćwiczenie nr …………

Temat: Układy do badania konfiguracji układów wzmacniacza operacyjnego

BADANIA WYBRANYCH KONFIGURACJI UKŁADÓW

1. WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY

Jest to układ, w którym sygnał wejściowy jest podany na wejście odwracające.

RA – przyjmuje się wartość równolegle połączonych R^{1 i} R²

Do analizy tego układu przyjmuje się, że wzmacniacz jest idealny, czyli jego wzmocnienie z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego jest nieskończenie duże. Prądy wejściowe,

I^{ ,} I^są równe zeru.

Ponieważ

U^{ }U ^{ a}

a węzeł wejścia nieodwracającego jest równy zero, tzn.

U^{ = 0}

a zatem:

U^{  0}

Prąd płynący przez rezystor R¹

I¹ UR

2

 1

Z uwagi na ciągłość prądu, prąd płynący przez rezystor R^f równy jest prądowi I¹

czyli:

UR

1 1 = -

UR

f 0

Stąd wzmocnienie

A^u= UU

1 0 = -

R R^f

1

Znak minus wskazuje, że sygnał wyjściowy jest odwrócony w fazie w stosunku do sygnału wejściowego.

Badamy wzmocnienie tego układu dla różnych wartości elementów R^{1 i Rf i dla}

różnych napięć sygnału wejściowego.

2. WZMACNIACZ NIEODWRACAJĄCY

Stanowi on taka konfigurację układu, w którym sygnał wejściowy jest odprowadzony do wejścia nieodwracającego.

Do analizy przyjmując podobnie jak we wzmacniaczu odwracającym, zauważamy, że:

- prądy I^1, I² są sobie równe;

- napięcie U^ na wejściu nieodwracającym jest równe 0; - napięcie na wejściu odwracającym jest:

U^{ =} U⁰ R RR

 f 1

1

Wynika stąd, że rezystor R^{f i} R¹ stanowią dzielnik rezystancyjny dzielący napięcie wejściowe U^0.

Ponieważ

U^{ -} U^ = 0 i U^{ =} U¹⁼ U⁰ RRR

1 1

1



stąd wzmocnienie

A^u= UU

1 0 =

R R R ^f

1 1

Wzmocnienie to badamy dla różnych wartości R^{1 i Rf} i dla różnych wartości sygnału wejściowego.

3. WZMACNIACZ SUMUJĄCY

Wzmacniacz ten wykonuje operację dodawania napięć. Do węzła Z wpływa prąd będący sumą prądu I^1, I^{2 i} I³, płynących przez rezystory R^1, R^2, R^{3. Ten}

sam prąd płynie przez R^{f .}

Stąd wynika, że:

U^{0= -}R^{f (}

UR

1 1 +

UR

2 2 +

UR

3 3 )

Dla R^1 R^{2 } R³ uzyskujemy algebraiczne sumowanie napięć.

)

( _{1 2 3}

0 U U U

U ^{  }

Znak minus wskazuje, że nastąpiło sumowanie sygnałów wejściowych z jednoczesną

inwersją. Stosując różne wartości R^1,R^2,R³uzyskuje się wzmocnienie sygnałów

z poszczególnych wejść, czyli realizuje się dodatkowo funkcję mnożenia sygnałów wejściowych przez odpowiednie stałe.

)

( _{1 1 2 2 3 3}

0 a U a U a U

U ^{ x  x  x}

przy czym

R R^f

a

1



Badanie to przeprowadzamy dla różnych wartości rezystora R^{f .}

4. WZMACNIACZ CAŁKUJĄCY

Jeżeli we wzmacniaczu odwracającym rezystor R^f zostanie zastąpiony

kondensatorem C , to otrzymamy wzmacniacz całkujący zwany także integratorem.

Napięcie U⁰ jest napięciem na kondensatorze C , gdyż węzeł C ma potencjał zerowy. Ponieważ napięcie na kondensatorze jest całką prądu przez niego płynącego, a prąd

ten jest równy prądowi płynącemu przez rezystor R

stąd

t d

U C d

UR¹ _ ⁰

Całkując obie strony równania uzyskuje się zależność napięcia integratora od napięcia wejściowego

(

) 1

)

0

1

0

0

t RC U t U

U



przy czym U⁰(0 )- napięcie na wejściu wzmacniacza całkującego w chwili

0 t  ^.

Jeżeli kondensator jest rozładowany przed rozpoczęciem całkowania, to:

U t RC

U

d t

0 0

) 1

( ^



Współczynnik

RC1

wyznacza wzmocnienie. Znak minus we wzorze oznacza, że

układ jest integratorem odwracającym.

Badanie będzie polegało na całkowaniu przebiegu prostokątnego o różnej

częstotliwości dla różnych elementów RC ^.

5. WZMACNIACZ RÓŻNICZKUJĄCY

Odwrotną funkcję niż integrator spełnia wzmacniacz różniczkujący. powstał on przez

zastąpienie we wzmacniaczu odwracającym rezystor R , kondensatorem. ponieważ

podobnie jak we wzmacniaczu odwracającym wejście () jest punktem masy pozornej, stąd prądy I¹ⁱ I²są sobie równe.

U R CdU dt

I

0 1

1 

Z równości prądów wynika:

dUdt U^0RfC ¹

Wadą tego układu jest wrażliwość na szybko zmienne sygnały zakłócające, co może być przyczyną wzbudzania się układu. Stąd w praktyce dodaje się w szereg z kondensatorem

C ^rezystor R¹ ograniczający wzmocnienie sygnałów w zakresie dużych częstotliwości.

W tym celu przyłącza się kondensator C niewielkiej pojemności równolegle z rezystorem

R^{f .}

Badanie będzie polegało na różniczkowaniu przebiegu prostokątnego o różnej

częstotliwości dla różnych elementów RC ^.