ĆWICZENIE LABORATORYJNE. TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

Transkrypt

1 ĆWICZENIE LABORATORYJNE TEMAT: Badanie liniowych układów ze wzmacniaczem operacyjnym (2h)

2 1. WPROWADZENIE Przedmiotem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi zastosowaniami wzmacniacza operacyjnego oraz określenie wybranych parametrów układu. Ćwiczenie pozwala zapoznać się z następującymi zastosowaniami wzmacniacza operacyjnego jako: wzmacniacz odwracający; wzmacniacz nieodwracający; wtórnik napięciowy; wzmacniacz sumujący; wzmacniacz odejmujący; układ różniczkujący; układ całkujący. 2. ZAGADNIENIA TEORETYCZNE W celu należytego przygotowania się do ćwiczenia należy przestudiować zagadnienia z następujących pozycji literaturowych: 1. Watson J. Elektronika WKiŁ 1999, Syg , str Tietze U., Schenk Ch., Układy półprzewodnikowe Wyd. III, WNT 1996, Syg , str Horowitz P., Hill W., Sztuka elektroniki cz. 1, Wyd. IV, WKiŁ 1997, Syg , str PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE 1. Omówić teoretyczne parametry wzmacniacza operacyjnego. 2. Narysować układ wzmacniacza nieodwracającego. 3. Narysować układ wzmacniacza odwracającego. 4. Narysować układ wtórnika napięcia i omówić jego własności. 5. Narysować układ całkujący oraz charakterystyki idealnego i rzeczywistego układu. 6. Narysować układ różniczkujący oraz jego idealnego i rzeczywistego układu. 7. Narysować schemat i omówić zasady kompensacji wejściowego napięcia niezrównoważenia Uwaga! Zauważone błędy lub inne uwagi dotyczące instrukcji i ćwiczenia proszę kierować do Wojciecha Pary tel lub wpara@wat.edu.pl

3 4. PRZEBIEG ĆWICZENIA 4.1. Badanie wzmacniacza odwracającego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1. IN1 R5 U wej R1 2 Rys. 1. Schemat układu do badania wzmacniacza w układzie odwracającym B. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN1) i oscyloskop ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1khz; regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał wyjściowy; przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego; odłączyć generator od wejścia wzmacniacza i zewrzeć wejście do masy, wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie stałe na wyjściu wzmacniacza; wynik pomiaru zanotować. na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K u Badanie wzmacniacza odwracającego z kompensacją napięcia niezrównoważenia wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 2. IN1 R5 VR kω R kω R7 Rys. 2. Schemat układu do badania wzmacniacza z kompensacją napięcia niezrównoważenia B. Kompensacja napięcia niezrównoważenia zewrzeć wejście do masy, wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie stałe na wyjściu wzmacniacza jeśli napięcie nie jest równe zero należy dokonać regulacji potencjometrem VR3. OTP OTP

4 C. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza (IN1) i oscyloskop ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1khz; regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał wyjściowy; przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego; regulując potencjometrem VR3 zaobserwować wpływ zmian wartości napięcia polaryzacji drugiego wejścia wzmacniacza na przebieg napięcia wyjściowego. D. Zadanie na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K u Badanie wzmacniacza nieodwracającego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 3. U wej R5 R7 Rys. 3. Schemat układu do badania wzmacniacza w układzie nieodwracającym B. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza () i oscyloskop ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1khz; regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał wyjściowy, przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego. na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K u Badanie wtórnika napięciowego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 4. R11 U wej Rys. 4. Schemat układu do badania wtórnika napięciowego

5 B. Obserwacja sygnału wyjściowego i pomiar współczynnika wzmocnienia napięciowego podłączyć generator przebiegu sinusoidalnego do wejścia wzmacniacza () i oscyloskop ustawić na generatorze sygnał o częstotliwości f=1khz; regulując amplitudę sygnału wejściowego ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał wyjściowy; przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego; zaobserwować zmiany napięcia wyjściowego przy zmianach amplitudy napięcia wejściowego. na podstawie oscylogramów obliczyć wzmocnienie napięciowe K u Badanie wzmacniacza odejmującego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 5. R Ω R Ω U 1 U 2 R4 4, 7 kω R8 4, 7 kω R9 U wyj Rys. 5. Schemat układu do badania wzmacniacza odejmującego B. Pomiar napięć wejściowych i wyjściowych w układzie wykorzystując potencjometry R1 i R10 ustawić wartości napięć wejściowych U 1 i U 2 zgodnie z danymi zawartymi w tabeli 1; wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie wyjściowe układu U wyj ; wyniki zanotować w tabeli 1. Tabela 1 U 1 [V] U 2 [V] U wyj [V] U teor [V] obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U teor wykorzystując wartości rezystorów R4, R8 i zamieszczone na rysunku 5.

6 4.6. Badanie wzmacniacza sumującego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok b połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 6. R Ω VR kω U 1 R3 U 2 R2 U wyj Rys. 6. Schemat układu do badania wzmacniacza sumującego B. Pomiar napięć wejściowych i wyjściowych w układzie wykorzystując potencjometry R1 i VR3 ustawić wartości napięć wejściowych U 1 i U 2 zgodnie z danymi zawartymi w tabeli 2; wykorzystując woltomierz lub oscyloskop zmierzyć napięcie wyjściowe układu U wyj ; wyniki zanotować w tabeli 2. Tabela 2 U 1 [V] U 2 [V] U wyj [V] U teor [V] obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U teor wykorzystując wartości rezystorów R2, R3 i zamieszczone na rysunku Badanie układu różniczkującego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 7. R Ω R kω C1 0, 1 µ F R1 8 R2 1 Rys. 7. Schemat układu do badania układu różniczkującego B. Obserwacja sygnałów w układzie różniczkującym podłączyć generator przebiegu trójkątnego do wejścia wzmacniacza (), ustawić wartość amplitudy U m =0,5V i częstotliwości f=1khz; podłączyć oscyloskop do wyjścia (OTP); regulując potencjometrem R20 ustawić maksymalny niezniekształcony sygnał wyjściowy;

7 przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego; czynności powtórzyć dla innej częstotliwości. obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U teor wykorzystując wartości rezystorów i kondensatorów zamieszczone na rysunku Badanie układu całkującego wykorzystując moduł pomiarowy KL23013, blok a połączyć schemat pomiarowy zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 8. R1 9 1 MΩ C2 0, 1 µ F VR2 R1 8 Rys. 8. Schemat układu do badania układu różniczkującego B. Obserwacja sygnałów w układzie całkujacym podłączyć generator przebiegu prostokątnego do wejścia wzmacniacza (), ustawić wartość amplitudy U m =0,05V i częstotliwości f=1khz; podłączyć oscyloskop do wyjścia (OTP); regulując potencjometrem VR2 ustawić liniowy niezniekształcony sygnał wyjściowy; przerysować oscylogramy sygnału wejściowego i wyjściowego; czynności powtórzyć dla innej częstotliwości. obliczyć teoretyczną wartość napięcia wyjściowego U teor wykorzystując wartości rezystorów i kondensatorów zamieszczone na rysunku OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA Sprawozdanie powinno zawierać: krótki opis ćwiczenia; schematy ideowe układów pomiarowych; wyniki pomiarów; zdjęte oscylogramy i sporządzone wykresy; protokół pomiarowy podpisany przez prowadzącego ćwiczenie; przykładowe obliczenia; wnioski.