Strona 1 z 6
Nauczyciel: Krzysztof Drobinski
Przedmiot: Pomiary elektryczne i elektroniczne
Klasa: 2A
Temat lekcji: Wzmacniacz operacyjny – badanie pracy.
Data lekcji: 04.05.2020
Wprowadzenie do tematu: Materiały do wprowadzenia teoretycznego zostały przekazane na początku cyklu ćwiczeń.
Instrukcje do pracy własnej:
Najpierw przeczytaj uważnie całe polecenie, potem przystąp do pracy.
Wydrukuj strony 5 i 6. Wypełnisz je.
Praca własna: Pierwszym elementem zadania jest przygotowanie się do tego zadania poprzez przeczytanie/przypomnienie przekazanych wcześniej
materiałów dot. wzmacniaczy operacyjnych.
Następnie proszę o przeczytanie i przyswojenie instrukcji dołączonej do karty pracy na kolejnych stronach.
Uruchom stronę przeglądarki internetowej:
https://www.falstad.com/circuit/polish/e-amp-invert.html.
!!! W trakcie wykonywania ćwiczenia zmieniaj tylko te parametry, o których zmianę proszę w danym „punkcie” instrukcji. Innych parametrów tego sygnału teraz nie zmieniaj.
U dołu symulacji są dwa oscylogramy, które na bieżąco prezentują sygnały wejściowy i wyjściowy.
Przedstawiony układ symuluje pracę wzmacniacza operacyjnego w układzie odwracającym.
1. Ustaw oba oscyloskopy nad sobą: kliknij: Oscyloskopy/ułóż okna jedno nad drugim.
Co powiesz o wzajemnej relacji czasowej obu przebiegów? Jakie jest przesunięcie fazowe tego wzmacniacza?
Zapisz przybliżoną wartość przesunięcia fazowego w Protokole.
2. Zmieniaj wartość amplitudy sygnału wejściowego i zbadaj jaka jest wartość sygnału przesterowania UWEP???
Zapisz wartość we właściwym miejscu Protokołu.
3. Z czego wynika (taka właśnie) wartość napięcia przesterowania (odpowiedź zapisz do Protokołu?
4. Przywróć poprzednie wartości (odśwież stronę).
Przypomnij i zapisz na kartce wzór określający wartość wzmocnienia napięciowego tego wzmacniacza.
Wartości jakich elementów można/należy zmieniać aby uzyskać przesterowanie wzmacniacza sygnałem o amplitudzie 2V (zmień wartość sygnału wejściowego z 5V na 2V)?
Jakie są wartości tych elementów? Wpisz do Protokołu..
5. Teraz ponownie przywróć początkowe wartości elementów i sygnałów. Zwiększ wzmocnienie wzmacniacza do wartości 100V/V (100-krotne). Co zobaczyłeś?
Do czego prowadzi przesterowanie wzmacniacza?
(Wnioski zapiszesz na końcu w podsumowaniu pracy obu konfiguracji wzmacniaczy).
Wykonaj te same czynności także dla układu ze wzmacniaczem operacyjnym nieodwracającym fazy (wykonaj punkty 1-5 jak poprzednio):
https://www.falstad.com/circuit/polish/e-amp-noninvert.html .
Podsumuj na końcu badanie obu tych układów i odpowiedz na pytania w punkcie Wnioski z ćwiczenia – na końcu.
Informacja zwrotna: Fotki lub pliki *.pdf (ew. skany) z wypełnionymi stronami (5 i 6) odsyłacie na podane wcześniej konto: kris.thorn@o2.pl w terminie do 11.05.2020.
Koniecznie opatrzone nazwiskiem!
W razie innych problemów proszę o kontakt z podanym numerem telefonicznym.
Strona 3 z 6
Instrukcja wyznaczania napięcia przesterowania i zakresu przenoszenia wzmacniacza
UWAGA!!! Przed rozpoczęciem montażu układu pomiarowego oraz jakichkolwiek pomiarów sprawdzamy poprawność wykonania (sprawność) przewodów pomiarowych.
Wykorzystujemy w tym celu omomierz lub podłączamy przewody pomiarowe „oscyloskopowe” do generatora jako wejścia i sprawdzamy, czy na wyjściu – oscyloskopie otrzymaliśmy (czy dotarł) sygnał wybrany/ustawiony na generatorze.
Należy również sprawdzić czy regulacja amplitudy sygnału generatora (jeżeli występuje), skutkuje zmianami amplitudy napięcia sygnału na oscyloskopie.
!!! Sprawdzamy wszystkie wyjścia generatora i wszystkie otrzymane przewody pomiarowe. Te, które uznane zostaną za niesprawne należy zwrócić prowadzącemu zajęcia.
Wyznaczanie napięcia przesterowania Up.
Zestawiamy układ pomiarowy zgodnie ze schematem. Prosimy prowadzącego o sprawdzenie poprawności wykonania i następnie załączenie zasilania do stanowiska.
1. Ustawiamy pewną amplitudę sygnału z generatora, który podajemy na wejście wzmacniacza.
Ustawiamy standardową wartość częstotliwości sygnału : 1kHz.
2. Wybieramy rodzaj sygnału: sinusoidalny.
3. Zwiększamy amplitudę sygnału z generatora (sygnał wejściowy wzmacniacza) i kontrolujemy kształt sygnału na wyjściu wzmacniacza. Sygnał powinien pozostawać sinusoidalny, ale jego amplituda powinna wzrastać. W chwili, kiedy sygnał sinusoidalny zacznie się zniekształcać, tzn. zostanie „obcięty szczyt” jednej z połówek sinusoidy, należy zmniejszyć sygnał wejściowy do poziomu, któremu odpowiada nie zniekształcony sygnał wyjściowy.
4. Nie zmieniając w międzyczasie niczego, należy podłączyć sygnał wejściowy wzmacniacza (czyli sygnał z generatora) do wejścia oscyloskopu i zmierzyć amplitudę sygnału wejściowego generatora. Wartość zmierzoną zapisać jako Up (napięcie przesterowania).
W symulatorze z oczywistych względów nic nie przełączamy, ale pozostałe czynności są takie same.
5. Kolejną czynnością jest obniżenie/zmniejszenie amplitudy sygnału wejściowego do jakiejś („okrągłej” – łatwej do obliczeń) nieco mniejszej od Up wartości. Tę wartość zapisujemy w Protokole jako wartość napięcia wejściowego Uwe.
!!! Od tej chwili regulacji amplitudy sygnału już nie przeprowadzamy!!!
6. Następnie powtórnie podłączamy układ według schematu, tzn sygnał z generatora do wejścia wzmacniacza, a sygnał z wyjścia wzmacniacza do oscyloskopu.
7. Wykonujemy zadane pomiary według instrukcji.
Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza:
Ku = UWY/UWE. UWY -> wartość amplitudy odczytana ze środka charakterystyki amplitudowej UWY = f (UWE) („płaski przebieg”)
Oszacowanie zakresu pasma przenoszenia.
Na wykresie konieczne będzie wyznaczenie dwóch wartości częstotliwości granicznych: fd (dolna)i fg
(górna). Zostają one wyznaczone dla wartości amplitudy równej 0,707 wartości napięcia UWY (dla zakresu „płaskiej” części charakterystyki, tak jak w materiałach teoretycznych).
Poniższy mechanizm pokazuje w jaki sposób nadmierna amplituda sygnału wejściowego UWE
(niedostosowana do konkretnego wzmacniacza), powoduje powstawanie przesterowania wzmacniacza.
Sygnał wyjściowy w tym przypadku jest ograniczony/obcięty do poziomów zbliżonych do napięcia zasilania wzmacniacza.
Strona 5 z 6
Protokół.
Temat: Wzmacniacz operacyjny – badanie pracy.
Wzmacniacz odwracający fazę (sygnału wejściowego)
1. Przybliżona wartość przesunięcia fazowego: ϕ = …... ..
2. Wyznaczona wartość napięcia przesterowania wynosi: UWEP = ……… V.
3. Z czego wynika (taka właśnie) wartość napięcia przesterowania?
……….
……….
……….
……….
……….
……….
4. Wartości elementów dla których nastąpiło przesterowanie wzmacniacza dla sygnału wejściowego o amplitudzie 2V (Pierwszemu elementowi przypisz indeks „1”, natomiast element w obwodzie sprzężenia zwrotnego niech ma indeks dolny „S”.
Element 1 ………1 = …… [….]
Element 2 ……… S = …… [….]
Wzmacniacz nie odwracający fazę (sygnału wejściowego) 1. Przybliżona wartość przesunięcia fazowego: ϕ = …... .
2. Wyznaczona wartość napięcia przesterowania wynosi: UWEP = ……… V.
3. Z czego wynika (taka właśnie) wartość napięcia przesterowania?
……….
……….
……….
……….
……….
……….
5. Wartości elementów dla których nastąpiło przesterowanie wzmacniacza dla sygnału wejściowego o amplitudzie 2V (Pierwszemu elementowi przypisz indeks „1”, natomiast element w obwodzie sprzężenia zwrotnego niech ma indeks dolny „S”.
Element 1 ………1 = …… [….]
Element 2 ……… S = …… [….]
Wnioski z ćwiczenia.
1. Jaka jest podstawowa różnica między tymi dwoma konfiguracjami?
……….
……….
……….
……….
4. Do czego prowadzi przesterowanie wzmacniacza?
……….
……….
……….
……….
……….
2. Z czym wiąże się zjawisko przesterowania wzmacniacza? Wyjaśnij i opisz skutki przesterowania dla sygnału wyjściowego i mocy sygnału wyjściowego.
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
……….
