Wzmacniacz

Rok akademicki
2011/2012
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
Poniedziałek
14 15 – 17 00
Dorota Kokosińska
B
Przemysław Dzięgielewski
Ćwiczenie 8
Wzmacniacz operacyjny
Ćwiczenie wykonano w
dniu:
05.XII.2011
Ocena:
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było poznanie właściwości wzmacniaczy operacyjnych oraz
metodami pomiarów ich parametrów oraz wyznaczenie charakterystyki wzmacniacza.
2. Schematy układów pomiarowych
1) Układ do pomiaru napięcia niezrównoważenia wzmacniacza
operacyjnego
2) Układ do pomiaru wejściowych prądów polaryzacji
3) Układ wzmacniacza odwracającego
3. Podstawowe definicje



Napięcie niezrównoważenia Uio to wartość napięcia stałego, które należy
doprowadzić do wejścia wzmacniacza, aby napięcie stałe na wyjściu U 2=0
Zrównoważyć wzmacniacz to znaczy sprowadzić jego napięcie wyjściowe U2 do 0,
czyli zewrzeć opornik R1 do masy.
Wejściowe prądy polaryzacji Ip i IN , IB <- wejściowy prąd polaryzacji, Iio<- prąd
niezrównoważenia:
𝐈𝐁 =
𝐈𝐩 + 𝐈𝐍
𝟐
𝐈𝐢𝐨 = 𝐈𝐩 − 𝐈𝐍

Wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego:
𝒌𝒖 ≈ −
𝑹𝟐
𝑹𝟏
Do pomiarów wykorzystaliśmy :
- oscyloskop OS-9020P
- zasilacz HM 8030-2
- miernik uniwersalny METEX M-3610
Niepewności pomiaru miernikiem cyfrowym obliczaliśmy według instrukcji:
ΔU=0,3%*U+1dgt
Zaś niepewności pomiarów na oscyloskopie:
ΔUg=0,5%Ug
4. Wykonanie ćwiczenia
1)Wyznaczanie napięcia zrównoważenia przez zmierzone napięcie wyjściowe
U2=2,2V
ΔU2=0,3%*U2+1mV=0,0076V
𝑅
|ku|=𝑅2 = 1000
1
𝑈
Uio=|𝑘 2 | =2,2mV
𝑢
∆𝑘𝑢 =
𝜕|𝑘𝑢 |
𝜕|𝑘𝑢 |
∆𝑅2 +
∆𝑅1 = 50
𝜕𝑅2
𝜕𝑅1
∆𝑈𝑖𝑜 =
𝜕𝑈𝑖𝑜
𝜕𝑈2
𝜕𝑈
∆𝑈
∆𝑈2 + 𝜕|𝑘𝑖𝑜| ∆|𝑘𝑢 | = |𝑘 2| +
𝑢
𝑢
∆𝑈2 ∗∆|𝑘𝑢 |
|𝑘𝑢 |2
= 0,0076mV+0,11mV=0,1176mV
Uio=(2,2±0,118)mV
Następnie za pomocą potencjometru podłączonego do 1. i 5. nóżki wzmacniacza.
zrównoważyliśmy wzmacniacz.
3) Prądy wyjściowe(R=R1=R2=2MΩ, R3=2MΩ)
U2= 426mV
U3= -348mV
U1= 75mV
Δ U2=0,3%* U2+0,1mV=1,38mV
Δ U3=0,3%* U3+0,1mV=1,144mV
Δ U1=0,3%* U1+0,1mV=0,325mV
U2=(426±1,38) mV
U3=(-348±1,144) mV
U1=(75±0,325) mV
a)
U2=R2IN
IN=213 nA
∂IN
∂IN
∆U2 U2
∆IN =
∆U2 +
∆R 2 =
+ 2 ∆R 2 = 11,26nA
∂U2
∂R 2
R2
R2
IN=(213 ±11,26)nA
b)
U3=-R3Ip
Ip=174 nA
∂Ip
∂Ip
∆U3 U3
∆Ip =
∆U3 +
∆R 3 =
+ 2 ∆R 3 = 9,27nA
∂U3
∂R 3
R3
R3
Ip=(174 ±9,27)nA
c)
U1=-RIio
Iio=-32,5 nA
∂Iio
∂Iio
∆U1 U1
∆Iio =
∆U1 +
∆R =
+ 2 ∆R = 1,766nA
∂U1
∂R
R
R
Iio=(-32,5±1,766)nA
IB =
Ip + IN 174 + 213
=
= 193,5nA
2
2
∆IB =
∆Ip + ∆ IN 9,27 + 11,26
=
= 10,26nA
2
2
IB=(193,5+10,26)nA
4)Zależność modułu wzmocnienia od częstotliwości:

f [Hz]
1
2
10
50
100
200
1000
2000
10000
100000

f [Hz]
1
2
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
100000
|ku|=10,
R1=10kΩ,
Uwe [mV]
8
8
8
8
8
8
8
8
8
6
ΔUwe [mV]
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,03
|ku|=100,
Uwe [mV]
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
R3=9,1kΩ,
Uwy [mV]
130
130
130
130
130
130
130
130
125
70
R1=1kΩ,
ΔUwe [mV]
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
Uwy [mV]
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1200
1150
1100
840
110
R2=100kΩ
ΔUwy [mV]
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
0,63
0,35
k [V/V]
16,25
16,25
16,25
16,25
16,25
16,25
16,25
16,25
15,63
11,67
R3=1kΩ,
ΔUwy [mV]
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
6,00
5,75
5,50
4,20
0,55
Δk [V/V]
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,12
k' [dB]
24,22
24,22
24,22
24,22
24,22
24,22
24,22
24,22
23,88
21,34
Δk' [dB]
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
k' [dB]
43,52
43,52
43,52
43,52
43,52
43,52
43,52
43,52
43,52
43,15
42,77
40,42
22,77
Δk' [dB]
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
R2=100kΩ
k [V/V]
150,00
150,00
150,00
150,00
150,00
150,00
150,00
150,00
150,00
143,75
137,50
105,00
13,75
Δk [V/V]
1,50
1,50
1,50
1,50
1,50
1,50
1,50
1,50
1,50
1,44
1,38
1,05
0,14

f [Hz]
1
50
100
200
500
750
1000
2000
5000
10000
R1=100Ω,
|ku|=1000,
Uwe [mV]
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
ΔUwe [mV]
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
Uwy [mV]
8800
8800
8800
8800
8000
7600
7200
6000
3000
1500
R3=100Ω,
ΔUwy [mV]
44,00
44,00
44,00
44,00
40,00
38,00
36,00
30,00
15,00
7,50
R2=100kΩ
k [V/V]
1100,00
1100,00
1100,00
1100,00
1000,00
950,00
900,00
750,00
375,00
187,50
Δk [V/V]
11,00
11,00
11,00
11,00
10,00
9,50
9,00
7,50
3,75
1,88
k' [dB]
60,83
60,83
60,83
60,83
60,00
59,55
59,08
57,50
51,48
45,46
Δk' [dB]
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
0,09
Przy wyznaczaniu wzmocnienia ku w skali logarytmicznej skorzystaliśmy ze wzoru:
𝑘𝑢 = 20 log (
𝑈𝑤𝑦
)
𝑈𝑤𝑒
Błąd wzmocnienia policzyliśmy z różniczki zupełnej:
∆𝑈
∆𝑈𝑤𝑦
∆𝑘𝑢 = (| 𝑈 𝑤𝑒 | + | 𝑈
𝑤𝑒
𝑤𝑦
|)* 𝑘𝑢
Dla serii pomiarowych ze wzmocnieniem równym odpowiednio 100 i 1000 wybraliśmy punkty, w
których charakterystyka jest w przybliżeniu liniowa( dla R2/R1=100 2 ostatnie punkty, zaś dla
R2/R1=1000 3 ostatnie punkty). Skorzystaliśmy z funkcji lines w programie gnumeric, dzięki
czemu uzyskaliśmy dwa parametry a1 i a2 oraz b1 i b2, obliczyliśmy średnią arytmetyczną
otrzymując parametry jednej prostej ku=a*log(x)+b