Wzmacniacz operacyjny w układzie różnicowym
advertisement
Temat: Zestaw do badania wzmacniaczy operacyjnych. SPIS TREŚCI Wstęp........................................................................................................................ ...............................................1 WPROWADZENIE TEORETYCZNE..........................................................................................................2 I. Historia powstania wzmacniacza operacyjnego............................................................................... .........2 II. Rodzaje wzmacniaczy operacyjnych.................................................................................................. .........3 III. Budowa wzmacniaczy operacyjnych..........................................................................................................5 1. Ogólna budowa, typy rozwiązań konstrukcyjnych............................................................................5 2. Rozwiązania konstrukcyjne wzmacniacza operacyjnego na przykładzie μA 741........................6 IV. Wzmacniacz operacyjny, parametry.............................................................................................. .............8 1. Omówienie poszczególnych parametrów wzmacniacza operacyjnego........................................10 2. Charakterystyki wzmacniaczy operacyjnych.....................................................................................13 V. Zasada działania wzmacniacza operacyjnego................................................................................. ........19 OPIS TECHNICZNY MODELU................................................................................................ .................22 I. Wprowadzenie. ............................................................................................................ ..................................22 II. Opis konstrukcji. ..........................................................................................................................................22 III. Sposób posługiwania się modelem. ................................................................................................... ......25 IV. Obudowa układów scalonych. .......................................................................................... ........................25 SPOSÓB POSŁUGIWANIA SIĘ MODELEM............................................................................................26 I. Podstawy teoretyczne ćwiczeń. ..................................................................................................................26 1. Podstawowe układy pracy................................................................................................... ...................26 Wzmacniacz nieodwracający............................................................. .................................................26 Wzmacniacz odwracający....................................................................................................... .............28 Wtórnik napięcia...................................................................................................................................30 Przesuwnik fazy.............................................................................................................. ......................31 Wzmacniacz sumujący.......................................................................................................... ...............32 Wzmacniacz różnicowy........................................................................................................................33 2. Wyznaczanie podstawowych parametrów....................................................................................... ...35 1 Wejściowe napięcie niezrównoważenia - UIO.................................................................................35 Współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego – HS (CMRR)....................................................36 Różnicowa rezystancja wejściowa - RIR............................................................................................37 3. Wyznaczanie podstawowych charakterystyk................................................................................... ..38 Charakterystyki przejściowe (dynamiczne).....................................................................................38 II. Instrukcje do ćwiczeń.................................................................................................... ................................39 Wzmacniacz operacyjny w układzie nieodwracającym................................................................39 Wzmacniacz operacyjny w układzie nieodwracającym, obciążony............................................41 Wzmacniacz operacyjny w układzie odwracającym......................................................................43 Wzmacniacz operacyjny w układzie odwracającym, obciążony.................................................45 Wzmacniacz operacyjny w układzie wtórnika napięciowego.....................................................46 Wzmacniacz operacyjny w układzie wtórnika napięciowego, obciążony................................48 Wzmacniacz operacyjny w układzie przesuwnika fazy...............................................................50 Wzmacniacz operacyjny w układzie sumującym...........................................................................52 Wzmacniacz operacyjny w układzie różnicowym.........................................................................54 Wyznaczanie wejściowego napięcia niezrównoważenia..............................................................55 Wyznaczanie współczynnika tłumienia sygnału sumacyjnego...................................................57 Wyznaczanie różnicowej rezystancji wejściowej...........................................................................59 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej wzmacniacza nieodwracającego..........................60 Wyznaczanie charakterystyki przejściowej wzmacniacza odwracającego................................64 III. Instrukcja obsługi.........................................................................................................................................65 ZESTAWIENIE MATERIAŁÓW I URZĄDZEŃ......................................................................................66 ZAKOŃCZENIE...........................................................................................................................................6 7 WYKAZ LITERATURY............................................................................................................. ...................68 Wstęp. Celem wykonywanej pracy dyplomowej była chęć rozbudowy zaplecza technicznego, klasy „Pracowni elektrycznej” o model służący poznaniu wzmacniaczy operacyjnych oraz niezbędny podkład teoretyczny wraz z zestawem instrukcji do ćwiczeń. W części teoretycznej zostały zawarte informacje umożliwiające zapoznanie się ze wzmacniaczami operacyjnymi ich właściwościami oraz układami pracy. A w dalszej części zostały przedstawione instrukcje ćwiczeń przedstawiające praktycznych tok w wykonywania formie poszczególnych sprawozdań, poparty wcześniejszym wprowadzeniem teoretycznym. Podczas pisania części teoretycznej opieraliśmy się na: - podręczniku „Elektronika 5”; Augustyn Chwaleba, Bogdan Moeschke, Grzegorz Płoszajski - czasopiśmie „Elektronika dla Wszystkich” - informacjach zaczerpniętych z Internetu - sposób wykonania ćwiczeń oparliśmy na wcześniej zdobytej wiedzy i doświadczeniu praktycznym 2 WPROWADZENIE TEORETYCZNE I. Historia powstania wzmacniacza operacyjnego. W latach 20. naukowcy zauważyli, że pewne procesy można symulować za pomocą odpowiednio dobranych obwodów elektrycznych. Co więcej, okazało się, że układy elektroniczne zawierające wzmacniacze i przemyślnie skonfigurowane obwody RC mogą być przydatne do rozwiązywania skomplikowanych, różniczkowych równań matematycznych. W czasie II wojny światowej naukowcy usilnie szukali różnych nowych sposobów obliczeń. Potrzebne to było nie tylko w raczkującej wtedy fizyce nuklearnej, ale też na przykład do obliczania, badania i symulowania innych zjawisk, przede wszystkim lotu pocisków i rakiet. Powstały więc najprawdziwsze komputery analogowe. Zestaw obwodów RC, wzmacniaczy, potencjometrów i innych bloków umożliwiał przeprowadzenie w bardzo prosty sposób dodawania, odejmowania, całkowania i różniczkowania. A przy użyciu dodatkowych „sprytnych” sposobów można było przeprowadzać także logarytmowanie, mnożenie, dzielenie, podnoszenie do potęgi i pierwiastkowanie. Kluczowymi „cegiełkami” takich analogowych komputerów były specyficzne wzmacniacze (lampowe). Właśnie te wzmacniacze, po dodaniu odpowiednich zewnętrznych obwodów sprzężenia zwrotnego, wykonywały wspomniane operacje matematyczne. W latach 40. przyjęła się ich nazwa wzmacniacze operacyjne. Były to duże urządzenia, zawierające kilka czy kilkanaście lamp elektronowych; pobierały wielkie ilości energii. Po pewnym czasie stworzono tranzystorowe wzmacniacze operacyjne, budowane z pojedynczych elementów. Kolejnym krokiem było zbudowanie wzmacniacza operacyjnego jako układu scalonego, najpierw hybrydowego, a potem maleńkiego monolitycznego. Niewątpliwym punktem zwrotnym było zbudowanie w 1967 roku znanego do dziś monolitycznego wzmacniacza operacyjnego o oznaczeniu μA741 (w skrócie 741). Miał on swych poprzedników, np. układy μA702 czy μA709 (znanymi w kraju odpowiednikami μA709 były czeskiej produkcji MAA501...504), ale wcześniejsze układy miały istotne wady. Kostka 741 okazała się istną rewelacją. I to nie tylko pod koniec lat 60., ale o 3 wiele dłużej. Potem pojawiły się kolejne kostki, jak na przykład: LM101 (krajowy odpowiednik ULY7701), LM108 (z tzw. tranzystorami „superbeta”), μA715 (szybki), μA725 (precyzyjny), μA740 (z wejściami FET), LF356 (z wejściami FET), CA3130 (MOSFET), μA776 (programowalny), LM358 (podwójny), LM324 (poczwórny), TL08X (FET), itd. Rozwój technologii umożliwił wytwarzanie wzmacniaczy operacyjnych coraz bardziej zbliżonych do ideału. Dziś można spotkać mnóstwo typów wzmacniaczy operacyjnych różnych firm. Ocenia się, że produkcja wzmacniaczy operacyjnych na całym świecie sięga setek milionów sztuk. Skąd jednak tak ogromna popularność tych układów? Przecież po komputerach analogowych zostało jedynie mgliste wspomnienie. Komputerów analogowych istotnie już nie ma, okazało się jednak, że zakres zastosowani wspomnianych wzmacniaczy jest ogromny. W elektronice cyfrowej podstawowymi „cegiełkami” są bramki, z których powstają potem bardziej skomplikowane układy, choćby mikroprocesory. W innych dziedzinach elektroniki (technika analogowa) tą podstawową „cegiełką” jest dziś wzmacniacz operacyjny, a nie pojedynczy tranzystor. Jak więc widać pozostałość po przeszłym zastosowaniu – nazwa operacyjny jest dziś bardzo myląca, gdyż obecnie układy te nie są używane do wykonywania operacji matematycznych, lecz do wykonywania wszelkich wzmacniaczy, generatorów, regulatorów i wielu innych pożytecznych układów. Przetwarzają napięcie stałe i zmienne. I tak po długiej drodze ewolucji posiedliśmy możliwościach obcowania z tym układem o niezwykłych możliwościach. II. Rodzaje wzmacniaczy operacyjnych. Różnorodność zastosowań wzmacniaczy operacyjnych powoduje, że na świecie produkuje się kilkadziesiąt podstawowych ich typów o parametrach optymalizowanych pod względem ich zastosowań. Można je sklasyfikować w następujących podstawowych grupach: ogólnego przeznaczenia (np. μA 709, μA 741) szerokopasmowe (tzw. szybkie, np. μA 715, AD 509) do zastosowań dokładnych (o dużej rezystancji wejściowej, małe dryfy i szumy, np. μA 777, LM 108, CA 3130, AD 504) do zastosowań specjalnych (technika kosmiczna, biomedycyna, np. μA 735, AD 515) Tabela 1. Podstawowe parametry najpopularniejszych wzmacniaczy operacyjnych. Typ UOS [mV] IIB TC UOS μV/OC UIN com. LM358 typ 2 typ 45nA LM324 max 7 max 50nA VEE typ 3 typ 30pA VCC TL08X TL07X TL06X max 15 typ 3 Vcc –1,5V 7 10 max 400pA VEE +3V typ 30pA VCC 10 max 10 max 200pA VEE +3V typ 3 typ 30pA VCC max 15 10 max 200pA VEE +3V UIN dif. [V] 32 Kur [V/V] typ 100000 GBP [MHz] 1 SR [V/μ s] 0,5 UCC 3 13 min 25000 30 3 13 min 25000 typ 6000 1 3,5 SVRR typ 0,7 typ 70 max 32V(16V) max 1,2 min 65 typ 1,4 typ 76 typ 76 max 2,8 min 70 min 70 typ 1,4 typ 76 typ 76 max 2,5 min 70 min 70 typ 0,2 typ 76 typ 95 max 0,25 min 70 min 70 max 36V(18V) typ 200000 30 HS (CMRR) min 3V(1.5V) typ 200000 30 ICC [mA] max 36V(18V) max 36V(18v) 4 typ 3 LF356 NE5532 LM833 TLC271/a TLC271/b TLC271/c 12 typ 30pA max 10 typ 0,5 max 200pA typ 0,2μA max 4 typ 0,3 max 0,8μA typ 0,3μA max 5 typ 1,1 max 1μA max 10 typ 1,1 max 10 typ 1,1 VEE +3V VCC –2V 5 VEE +2V VCC –1V 2 VEE +1V typ 200000 40 0,5 30 VCC –1,5V typ 0,7pA 2 VEE –0,2V VCC –1,5V typ 0,7pA 2 VEE –0,2V typ 0,7pA typ 80nA ULY7741 LM301 max 6 max 0,5μA typ 2 typ 70nA ULY7701 max 7,5 1 VEE –0,2V VCC –2V 10 VEE +2V 18 18 max 0,25μA VEE +3V min 25000 typ 100000 10 9 min 25000 typ 300000 18 30 min 6V(3V) max 44V(22V) 15 7 min 30000 1,7 3,6 min 5000 typ 170000 0,5 0,4 min 25000 typ 500000 VCC – 3V 6 1 2 44V(22v) max 2 5 typ 23000 VCC –1,5V max 10 typ 2 741 VCC +0,1V 5 0,09 0,03 min 50000 typ 200000 1 0.5 min 20000 max 36V(18V) 1…3 min 25000 0,5 typ 100 typ 100 max 10 typ 8 min 85 typ 100 min 80 typ 100 max 16 typ 4 min 70 typ 100 min 80 typ 115 max 8 min 80 min 80 min 3V(1,5V) typ 0,7 typ 80 typ 95 max 16V(8V) min 3V(1,5V) max 1,6 typ 0,14 min 65 typ 91 min 65 typ 93 max 16V(8v) min 3V(1,5V) max 0,3 min 65 min 70 typ 0,014 typ 94 typ 97 max 16V(8V) max 0,023 typ 1,4 min 65 typ 90 min 70 typ 100 max 2,8 min 70 min 70 typ 1,8 typ 90 typ 96 max 3 min 70 min 70 max 38V(18V) typ 160000 30 typ 5 max 38v(18V) UOS [mV] – wejściowe napięcie niezrównoważenia IIB – prąd polaryzacji wejść TC UOS [μV/OC] – współczynnik cieplny napięcia niezrównoważenia UIN com. – zakres roboczych (wspólnych) napięć wejściowych UIN dif. [V] – dopuszczalne napięcie różnicowe (max napięcie nie wywołujące uszkodzenia) Kur [V/V} – wzmocnienie napięciowe różnicowe GBP [MHz] – iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma SR [V/μs] – szybkość zmian napięcia wyjściowego UCC – zakres napięć zasilania ICC – prąd zasilania HS (CMRR) – współczynnik tłumienia sygnału wspólnego SVRR – współczynnik tłumienia wahań zasilania Wzmacniacze operacyjne ogólnego przeznaczenia konstruuje się na zasadzie kompromisu dążąc do uzyskania możliwie najlepszych wszystkich istotnych parametrów. Natomiast podczas projektowania wzmacniaczy specjalnych kładzie się nacisk na jakość jednego lub kilku wybranych parametrów, przy gorszych pozostałych. W tabeli 2 przedstawiono parametry specjalnych wzmacniaczy operacyjnych w porównaniu z typowym układem 741 (UCY 7741), pogrubioną czcionką zaznaczono charakterystyczne parametry. Rodzaje wzmacniaczy specjalnych: - precyzyjne - szybkie - superszybkie - o szczególnie małych prądach wejściowych - niskoszumowe - o zwiększonej wydajności wyjścia Tabela 2. Zestawienie parametrów specjalnych wzmacniaczy operacyjnych. 5 Typ UOS [mV] IIB [nA] 741 typ 2 typ 80 ULY7741 max 6 GBP [MHz] SR [V/μs] UNOISE nV Hz 1 0,5 20 max 500 max 0,00006 1 3 35 max 0,5 typ 0,02 1,5 0,8 typ 0,004 5V - max 0,005 OP177A Uwagi 1,4 0,6 elektrometryczny 0,6 z przetwarzaniem 1,6 ultraprecyzyjny 15V +2,7V typ 0,001 AD8551 5V Icc [mA] 18V typ 0,3 AD549L UCC min max +5V max 1,5 0,6 0,3 10 2,5V 20V AD797B typ 0,01 typ 250 10 20 0,9 5V ultraniskoszumny 8,2 precyzyjny 18V AD840K typ 0,1 3500 400 400 4 5V precyzyjny 12 bardzo szybki 18V AD8055 AD829A typ 3 typ 0,2 typ 400 typ 3300 min 200 1400 750 230 6 4V 5,4 1,7 4,5V bardzo szybki 5,0 niskoszumny 18V AD8051 typ 1,7 typ 1400 80 bardzo szybki 6V 170 16 1,5V 4,4 bardzo szybki 6,5 szybki mały prąd wejściowy 6V AD825 typ 1 0,015 30 140 12 5V 15V +2,7V AD8031 typ 0,5 450 40 32 15 szybki 0,8 +12V OP90A typ 0,05 40 0,02 0,012 60 0,8V energooszczędny precyzyjny 0,01 energooszczędny 18V OP191 AD8541 III. max 1,5 typ 1 3 0,0001 0,095 0,5 0,025 0,6 75 1,35V typ 0,003 6V +2,7V max 0,004 100 energooszczędny 0,035 +5,5V małe prądy UOS [mV] – wejściowe napięcie niezrównoważenia IIB – prąd polaryzacji wejść GBP [MHz] – iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma SR [V/μs] – szybkość zmian napięcia wyjściowego Budowa wzmacniaczy operacyjnych. UNOISE [nV/ Hz] UCC – zakres napięć zasilania ICC – prąd zasilania 1. Ogólna budowa oraz typy rozwiązań technicznych. Monolityczny wzmacniacz operacyjny składa się z kilki zasadniczych układów o prostej budowie. Podstawowym stopniem jest wzmacniacz różnicowy. Oprócz tego zawiera układy wejściowe, źródła prądu, układy przesuwania poziomu napięcia, układy kompensacji temperaturowej. Wzmacniacze operacyjne pierwszej generacji – (np. μA 709, μA 702) są układami trzystopniowymi, w których podstawowy stopień wzmacniający stanowi układ różnicowy z rezystorami jako obciążeniem kolektorów. Wadą układów trzystopniowych jest trudna kompensacja częstotliwościowa. Wzmacniacze operacyjne drugiej generacji – (np. μA 741) w układach tych zastosowano aktywne obciążenie kolektorów w stopni wzmacniacza różnicowego, co pozwoliło na zwiększenie wzmocnienia tegoż stopnia i ograniczyć liczbę stopni do dwóch. Dzięki takiemu rozwiązaniu został uproszczony problem kompensacji 6 częstotliwościowej. Uległy również zmniejszeniu wartości prądów polaryzujących, zmniejszył się pobór mocy i zwiększył zakres dopuszczalnych wartości sygnału wejściowego. Wzmacniacze operacyjne trzeciej generacji – (np. LM 108, LM 308) w tych rodzajach wzmacniaczy operacyjnych zastosowano do budowy wejściowego stopnia różnicowego tranzystory superbeta o bardzo dużym wzmocnieniu prądowym (ok. 5000 przy prądzie kilku mikroamperów). Dzięki temu charakteryzują się one prądem wejściowym na poziomie kilku nanoamperów przy małych napięciach niezrównoważenia. W niektórych wzmacniaczach operacyjnych, niezależnie od stosowania obciążeń aktywnych, zamiast pojedynczych tranzystorów stosuje się układy Darlingtona (np. MC 1531 Motoroli), umożliwiające uzyskanie niewielkich prądów wejściowych (rzędu kilkudziesięciu nanoamperów). Wadą ich są duże wartości napięcia niezrównoważenia oraz duży dryf temperaturowy. Najmniejsze wartości prądów wejściowych i prądów niezrównoważenia (rzędu kilkudziesięciu pikoamperów) uzyskuje się we wzmacniaczach operacyjnych z tranzystorami unipolarnymi w wejściowym stopniu różnicowym (np. μA 740, CA 3140). Niemniej jednak wartości napięć niezrównoważenia i jego dryfu sa większe niż we wzmacniaczach z tranzystorami bipolarnymi. 2. Rozwiązania konstrukcyjne wzmacniacza operacyjnego na przykładzie μA 741. Wzmacniacz operacyjny μA 741 składa się z trzech podstawowych układów (rys.1.): - wejściowego wzmacniacza różnicowego - stopnia niesymetrycznego (separujący, wzmacniający i przesuwający poziom napięcia stałego) - stopień wyjściowy - dwa układy pomocnicze - układ polaryzacji - układ zabezpieczający 7 Rysunek 1. Schemat strukturalny wzmacniacza operacyjnego μA 741. Układ polaryzacji (T8 – T13) Wejście Wzmacniacz różnicowy (T1 – T7) Stopień wyjściowy (T14 – T19) Stopień niesymetryczny (separujący, wzmacniający, przesuwający poziom) (T16 – T18) Układ zabezpieczający (T15 – T20) Rysunek 2. Schemat funkcjonalny (ideowy) wzmacniacza operacyjnego μA 741. 7 +Ec +15V T9 T8 T12 T13 T14 Wejscie (+) 2 T1 R6 4.5k 3 Wejscie (-) T2 T15 T18 T3 T4 R5 1k C1 30pF R8 25 R7 7.5k 6 Wyjscie +15V +Ec T16 R9 50 T1 T17 T5 T6 R1 1k R3 50k T10 R2 1k T11 R4 5k T20 T19 R11 1k R10 1k 4 -Ec -15V 1 Rp 5 10k 50% 8 -Ec Stopień wejściowy-15V – rysunek 2. Zbudowany jest z tranzystorów T1 i T2 pracujących jako wtórniki emiterowe, sterujące tranzystorami T3 i T4 włączonymi w układzie WB. Zastosowana konfiguracja WC-WB zapewnia uzyskanie dużej rezystancji wejściowej przy dobrych właściwościach częstotliwościowych (brak efektu Millera). Tranzystory PNP (T3 i T4) mają duże napięcie przebicia baza-emiter (ok. 80V), dzięki czemu wzmacniacz może pracować przy dużych napięciach wejściowych. Tranzystory T5 – T7 spełniają funkcję obciążenia aktywnego. W celu umożliwienia całkowitego zrównoważenia układu – emitery tranzystorów T5 i T6 są połączone z zaciskami obudowy, do których można dołączyć zewnętrzny potencjometr Rp w sposób przedstawiony na rysunku 2. 8 Stopień sterujący – zbudowany jest z tranzystorów T16 i T17 pracujących w układzie Darlingtona, podawany jest na niego sygnał wyjściowy pierwszego stopnia różnicowego. Dzięki obciążeniu aktywnemu, którym jest tranzystor T13 możliwe jest osiągnięcie dużego wzmocnienia napięciowego. Tranzystor T18 oraz rezystory R6, R7 przesuwają poziom napięcia w sposób wymagany do wysterowania stopnia wyjściowego. Stopień wyjściowy – tworzy para komplementarna tranzystorów PNP (T19) i NPN (T14). Pracują one w klasie AB. Przy dodatnim sygnale wyjściowym pracuje tranzystor T14, a prąd jego emitera przepływa przez obciążenia, natomiast tranzystor T19 nie przewodzi. Przy sygnale ujemnym przewodzi tranzystor T19. Stopień zabezpieczający (wzmacniacz od przeciążeń) – tj. ograniczający wartość prądu wyjściowego do około 30mA. Jeżeli dodatni prąd płynący przez tranzystor T14 przekracza dopuszczalną wartość, spadek napięcia na rezystorze R8 jest tak duży, że tranzystor T15 zaczyna przewodzić. Powoduje to zmniejszenie wartości napięcia na bazie tranzystora T14 i w konsekwencji zmniejszenie prądu emitera przepływającego przez obciążenie. Jeżeli natomiast zbyt duży ujemny, prąd płynie przez tranzystor T19, to również zbyt duży prąd płynie przez tranzystor T17. Wzrasta wtedy spadek napięcia na rezystorze R10, tranzystor T20 zaczyna przewodzić, maleje napięcie bazy tranzystora T16, i w następstwie zmniejsza się prąd bazy i emitera tranzystora T19. W skład układu polaryzacji wchodzą trzy źródła prądu. Pary tranzystorów T8, T9 oraz T12, T13 tworzą źródło prądu, natomiast tranzystory T10 i T11 wraz z rezystorem R5 tworzą zmodyfikowane źródło małego prądu. Stabilność wzmacniacza 741 zapewnia wewnętrzny kondensator C, włączony między wyjście, a wejście drugiego stopnia o dużym wzmocnieniu. Dzięki wykorzystaniu efektu Millera wystarczy kondensator o niewielkiej pojemności około 30pF. Nie jest więc wymagana żadna zewnętrzna kompensacja wzmacniacza. Wadą takiego rozwiązania jest jednak to, że przy niektórych zastosowaniach wzmacniacz jest „przekompensowany”, a więc niepotrzebnie ma nadmiernie ograniczone pasmo częstotliwości. Nachylenie krzywej charakterystyki amplitudowej wynosi 20 dB/dek. IV. Wzmacniacz operacyjny, parametry. Wzmacniacz operacyjny jest wielostopniowym, scalonym wzmacniaczem prądu stałego mającym dwa wejścia i jedno niesymetryczne wyjście. Charakteryzują go zewnętrzne parametry, zdefiniowane jednakowo dla wszystkich rozwiązań technologicznych co powoduje, że wzmacniacz operacyjny można traktować jako pojedynczy element układu, pomimo jego złożonej struktury wewnętrznej. Różnorodność funkcji realizowanych przy użyciu współczesnych wzmacniaczy operacyjnych jest, praktycznie biorąc nieograniczona. Oprócz funkcji typowych dla zastosowań wzmacniaczy operacyjnych w maszynach analogowych (podstawowe 9 działania arytmetyczne oraz logarytmowanie, całkowanie, różniczkowanie) należy wymienić również inne zastosowania tego układu np.: - generatory przebiegów prostokątnych, trójkątnych, sinusoidalnych - filtry - prostowniki liniowe - detektory wartości szczytowej - układ sumowania napięć - układ przetwornika prądu na napięcie - układ przetwornika napięcia na prąd - układ różniczkujący - układ całkujący (integrator) - układ całkujący sumy (integrator sumujący) - układ logarytmujący - układ logarytmujący stosunek napięć - układ antylogarytmujący - układ mnożenia analogowego - układ dzielenia analogowego - układ komparatora - przesuwnik fazy Natomiast typowymi układami pracy wzmacniacza operacyjnego są: - układ odwracający - układ nieodwracający - dwuwejściowy układ różnicowy - układy realizujące różnorodne funkcje: - wtórnik napięcia W analizie pracy wzmacniacza operacyjnego przyjmuje się zwykle szereg założeń idealizujących. Są to założenia w pełni dopuszczalne w większości układów ze wzmacniaczami operacyjnymi, nie powodujące zauważalnych różnic w analizie, a rzeczywistą pracą. Jednakże w przypadku układów specjalnego przeznaczenia (dokładnych, działających na granicy parametrów) podczas etapu projektowania konieczne jest uwzględnienie rzeczywistych parametrów wzmacniacza operacyjnego. Do takich układów należą np. małosygnałowe, precyzyjne układy stałoprądowe w których musi być uwzględniony wpływ wejściowego napięcia niezrównoważenia, wejściowych prądów polaryzacji, wejściowego prądu niezrównoważenia, szumów na wejści i rezystancji wejściowej. 10 Najważniejsze cechy wzmacniacza operacyjnego zakładane jako idealne (rzeczywiste): - nieskończenie wielkie wzmocnienie napięciowe w układzie z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego KU -> (KU = 104 106 V/V; 80 130 dB) - nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia (od 1Mhz do ponad 1000Mhz) - nieskończenie duża impedancja wejściowa różnicowa /między wejściem odwracającym (-) i odwracającym (+)/ oraz impedancja wejściowa sumacyjna /między jednym z wejść i masą/ (dla stopni wejściowych z tranzystorami bipolarnymi do 50M oraz z tranzystorami unipolarnymi do 104M) - impedancja wejściowa równa zeru (średni kilkadziesiąt omów) - prądy wejściowe równe zeru (od ułamka nanoamperów do kilku mikroamperów) - nieskończenie duży współczynnik tłumienia sygnału współbierznego (70dB 120dB) Charakteryzacja parametrów wzmacniaczy operacyjnych. Standardowe parametry współczesnych wzmacniaczy operacyjnych zawierają się: - prądy wejściowe od kilku nanoamperów do kilku pikoamperów - rezystancja wejściowa większa niż 1M do setek, a nawet tysięcy M - wzmocnienie napięciowe od 10000 do 1000000, a nawet więcej - wydajność prądowa wyjścia rzędu kilkunastu, kilkudziesięciu miliamper - pobór prądu w stanie spoczynku około 1mA, a nawet kilkadziesiąt mikroamperów 1. Omówienie poszczególnych parametrów wzmacniacza operacyjnego. wzmocnienie napięciowe z otwartą pętlą (wzmocnienie różnicowe) - KU – nazywamy stosunek zmiany napięcia wyjściowego do wywołującej ją zmiany wejściowego napięcia różnicowego ΔUo KU = U12 – U11 11 wzmocnienie sumacyjne – KUS – jeśli wzmacniacz zostanie wysterowany napięciem wspólnym, czyli do obu wejść zostaną doprowadzone np. jednakowe, będące w fazie przebiegi sinusoidalne lub jeden przebieg na wejścia zwarte z sobą, to napięcie na wyjściu powinno być równe zeru. W rzeczywistym wzmacniaczu pojawi się jednak na wyjściu nie stłumione napięcie wspólne. Jego wartość zależy od wzmocnienia wzmacniacza z otwartą pętlą dla sygnału sumacyjnego, które jest definiowane jako stosunek zmiany napięcia wyjściowego do wywołującej je zmiany napięcia współbieżnego (sumacyjnego) na wejściu. ΔUo KUS = ΔUIS Przedstawiony jednak sposób pracy wzmacniacza operacyjnego nie występuje jednak w praktyce. W rzeczywistym układzie na wejściach występuje jednocześnie sygnał różnicowy i współbieżny. Sygnał wspólny definiuje się jako przyrost średniej arytmetycznej napięć na obu wejściach. Wzór na wzmocnienie sumacyjne. ΔUo KUS = Δ UI(+) + UI(-) 2 wejściowe napięcie niezrównoważenia - UIO - jeżeli w układzie rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą napięcie różnicowe występujące między wejściami, będzie wynosiło zero, to jednak występujące w tym stanie napięcie wyjściowe będzie różne od zera. Jest to wynik niesymetri układu. Napięcie wyjściowe osiągnie wartość zero po przyłożeniu do wejścia pewnego napięcia różnicowego, określanego mianem wejściowego napięcia niezrównoważenia UI0. wyjściowe napięcie niezrównoważenia – UOO napięcie UO0 występuje na wyjściu wzmacniacza operacyjnego, przy wejściowym napięciu różnicowym równym zero (wejścia są połączone z masą), jest nazwane wyjściowym napięciem niezrównoważenia. wejściowy prąd polaryzacji – IIB – stopień wejściowy wzmacniacza operacyjnego stanowi wzmacniacz różnicowy. Jeżeli miedzy wejściami (+) i (-) wzmacniacza operacyjnego zostanie wytworzone wejściowe napięcie różnicowe, to popłyną prądy baz obu tranzystorów stopnia wejściowego IIB(-) oraz IIB(+). Są to prądy, które muszą płynąć w obwodzie każdego z tranzystorów, aby wprowadzić je w stan przewodzenia i je nazywamy prądami polaryzacji. Wartość wejściowego prądu polaryzującego IIB jest średnią arytmetyczną obu prądów. IIB(+) + IIB(-) IIB = 2 12 wejściowy prąd niezrównoważenia – IIO – po zrównoważeniu wzmacniacza napięcie wyjściowe przyjmie wartość zero. W obwodzie wejściowym popłyną prądy polaryzacji, a ich różnica tworzy wypadkowy prąd wejściowy, płynący w skutek doprowadzenia do wejścia napięcia U10. Prąd ten jest nazywany wejściowym prądem niezrównoważenia. I10 = IIB(-) + IIB(+) rezystancja wejściowa – w przypadku wzmacniacza operacyjne definiowane są dwie rezystancje wejściowe: - rezystancja wejściowa różnicowa RIR (dla sygnału różnicowego), która występuje między wejściami: odwracającym i nieodwracającym układu z otwartą pętlą - rezystancja wejściowa sumacyjna RIS (dla sygnału współbieżnego), która występuje między zwartymi wejściami a masą rezystancja wyjściowa – jest rezystancją występująca między zaciskiem wyjściowym, a masa w układzie z otwartą pętlą, przy napięciach na wejściach wzmacniacza operacyjnego wynoszących zero. pasmo przenoszenia – szerokość pasma przenoszenia w układzie z otwartą pętlą zwrotną określamy jako: - pasmo trzydecybelowe – zakres częstotliwości mierzony od zera (napięcie stałe) do częstotliwości, przy której wzmocnienie napięciowe maleje o 3dB w stosunku do wzmocnienia dla prądu stałego - pasmo jednostkowe – zakres częstotliwości mierzony od zera (napięcie stałe) do częstotliwości, przy której wzmocnienie napięciowe maleje do jedności szybkość narastania napięcia wyjściowego SR – po przyłożeniu na wejście wzmacniacza operacyjnego idealnego impulsu prostokątnego lub skoku jednostkowego o czasie narastania równym zeru, napięcie na wyjściu układu będzie miało kształt impulsu prostokątnego o określonym niezerowym czasie narastania. Wynika to z konieczności przeładowania pojemności wewnętrznych wzmacniacza, w tym pojemności kondensatora realizującego kompensację częstotliwościową. Ponieważ stopnie wzmacniające, tworzące wzmacniacz operacyjny mają określoną wydajność prądową (ograniczony prąd wyjściowy), przeto napięcie wyjściowe musi narastać przez pewien określony czas. Szybkość narastania napięcia wyjściowego jest określona jako stromość napięcia na wyjściu wzmacniacza ΔUO SR = Δt W zależności od konstrukcji parametr ten wynosi od 0,5 1400V/μs 13 2. Charakterystyki wzmacniaczy operacyjnych. Charakterystyka przejściowa UO=f(UI). Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego jest w porównaniu z innymi rodzajami wzmacniaczy bardziej liniowa. Praktycznie cały zakres od jednego nasycenia do drugiego (poziome fragmenty) stanowi liniowy zakres pracy. Zatem napięcie przesterowania Up wzmacniacza operacyjnego jest wartością napięcia wejściowego, przy której następuje ostre zagięcie charakterystyki. W związku z tym w przypadku podania na wejście sygnału zmiennego o amplitudzie przekraczającej napięcie przesterowania, zniekształcenie sygnału wyjściowego będzie polegać na 14 ograniczeniu przebiegu wyjściowego na poziomie maksymalnego napięcia wyjściowego UOp. Napięcie wejściowe, jakie należy przyłożyć, aby na wyjściu uzyskać napięcie przesterowania, zależy od wzmocnienia układu. Im większe wzmocnienie, tym mniejsze napięcie przesterowania zgodnie z zależnością: UOp Up = KU Rzeczywista charakterystyka nie przechodzi przez środek układu współrzędnych, czyli dla napięcia wejściowego równego zeru napięcie jest różne od zera. Wartość napięcia wejściowego, odpowiadająca punktowi przecięcia się charakterystyki z osią napięć wejściowych, stanowi wejściowe napięcie niezrównoważenia UIO. Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza można zdefiniować jako nachylenie charakterystyki dynamicznej: ΔUO KU = ΔUI Maksymalna wartość amplitudy niezniekształconego napięcia, jakie można uzyskać na wyjściu wzmacniacza operacyjnego, zależy od wartości napięcia zasilania. W przypadku standardowych układów zasilanych napięciem symetrycznym +/- 15V wynosi ok. 13V, a najnowsze układy mają napięcia wyjściowe równe napięciom zasilający. 15 Rys.1. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego – mechanizm zniekształcania sygnału przy przesterowaniu wzmacniacz 16 Rys.2. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego. Charakterystyka przejściowa układu nieodwracającego przechodzi przez pierwszą i trzecią ćwiartkę układu współrzędnych, co oznacza, że dla dodatnich napięć wejściowych napięcia wyjściowe przyjmują również wartości dodatnie, a dla ujemnych – ujemne. W przypadku sygnałów przemiennych dodatnia połówka napięcia przemiennego na wejściu wywołuje dodatnią połówkę napięcia wyjściowego. Układ nie przesuwa fazy. 17 Rys.3. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego odwracającego. Charakterystyka przejściowa układu odwracającego przechodzi przez drugą i czwartą ćwiartkę układu współrzędnych. Oznacza to, że dla dodatnich napięć wejściowych napięcia wyjściowe przyjmują wartości ujemne, a dla ujemnych – dodatnie. W przypadku wzmacniania sygnałów przemiennych, dodatnia połówka napięcia przemiennego na wejściu wywołuje ujemna połówkę napięcia wyjściowego. Oznacza to odwrócenie fazy napięcia wyjściowego względem wejściowego. Charakterystyki częstotliwościowe. Wzmacniacz operacyjny jest wzmacniaczem prądu stałego i dla napięcia stałego (f=0) oraz przebiegów o częstotliwości należącej do dolnego zakresu charakteryzuje się maksymalną wartością wzmocnienia. W miarę wzrostu częstotliwości wzmocnienie wzmacniacza maleje, w wyniku oddziaływania równolegle włączonych pojemności pasożytniczych oraz pojemności realizującej kompensację częstotliwościowa układu. Charakterystyka amplitudowa. 18 Rys.4. Charakterystyka amplitudowa wzmacniacza operacyjnego. 1 – wzmacniacz z otwartą pętlą 2 – wzmacniacz z zamkniętą pętla (KU=60dB) 3. – wzmacniacz z zamkniątą pętlą (KU=20dB) Charakterystykę amplitudowa wzmacniacza skompensowanego częstotliwościowo przedstawia powyższy rysunek. Przyjmując skalę logarytmiczną na obu osiach, stromość opadania wzmocnienia w miarę wzrostu częstotliwości wyniesie 20dB na dekadę częstotliwości. W praktycznym układzie wzmacniacza operacyjnego zawsze jest zamknięta pętla sprzężenia zwrotnego i kształt charakterystyki zależy od wartości tego sprzężenia. Charakterystyka wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą określa maksymalną wartość pola wzmocnienia (KUB=const), jaką będzie charakteryzował się wzmacniacz zbudowany z użyciem wzmacniacza operacyjnego. Dla każdego wzmacniacza operacyjnego definiuje się częstotliwość graniczną fT przy której jego wzmocnienie maleje do jedności. Częstotliwość ta jest równa jednostkowemu pasmu przenoszenia wzmacniacza, tzn. pasmu jakim cechuje się wzmacniacz przy wzmocnieniu równym 1V/V. W skali logarytmicznej wzmocnienie przy częstotliwości fT wynosi 0dB. Istnieje więc możliwość regulowania pasma przenoszenia wzmacniacza przez zmianę rezystancji obwodu sprzężenia zwrotnego, a przez to dobór wzmocnienia. Im silniejsze jest sprzężenie zwrotne tym mniejsze jest wzmocnienie i szersze pasmo przenoszenia układu. Pasmo to nigdy jednak nie przekroczy pasma jednostkowego, będzie więc mniejsze od częstotliwości fT. Można więc napisać, że pole wzmocnienia: KUB = KUfg = fT * 1V/V Częstotliwość graniczna dla zdecydowanej większości wzmacniaczy jest jednocześnie iloczynem wzmocnienia i szerokości pasma. Dlatego w niektórych katalogach można znaleźć nie górną częstotliwość graniczną, tylko iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma, oznaczony angielskim skrótem GBP – Gain Bandwidth Product lub GB. W przypadku gdy GBP wynosi 1MHz to oczywiście wzmocnienie dla częstotliwości 1MHz wynosi 1 i jest to górna częstotliwość graniczna. Dla częstotliwości dziesięciokrotnie (100kHz) mniejszej wzmocnienie jest dziesięciokrotnie większe 19 (10x). Należy jednak zwrócić uwagę, że maksymalne wzmocnienie nigdy nie przekroczy wartości katalogowej. Charakterystyka fazowa. Rys.4. Charakterystyka fazowa wzmacniacza operacyjnego. 1 – wzmacniacz z otwartą pętlą 2 – wzmacniacz z zamkniętą pętla (KU=60dB) 3. – wzmacniacz z zamkniątą pętlą (KU=20dB) Charakterystyka fazowa określa wartość przesunięcia fazowego wnoszonego przez wzmacniacz w funkcji częstotliwości. W zakresie górnych częstotliwości kształt tej charakterystyki jest analogiczny do charakterystyki wzmacniacza tranzystorowego. Wynika to z faktu, że przesunięcie fazowe w obu rodzajach wzmacniaczy zależy od pojemności pasożytniczych, włączonych równolegle do wyjścia układu. Kształt charakterystyki fazowej jest ściśle związany z kształtem charakterystyki amplitudowej, a postaci obu charakterystyk częstotliwościowych decyduje wartość wzmocnienia dobranego przez zastosowanie odpowiedniego sprzężenia zwrotnego. V. Zasada działania wzmacniacza operacyjnego. VCC Wejście nieodwracające + Rc 20 RO Rd Wyjście U= Rc Wejście odwracające - Vee Wzmacniacz operacyjny posiada dwa wejścia tzw. wejścia różnicowe, jedno wyjście oraz dwie końcówki zasilania i najczęściej jest zasilany symetrycznie. Zakres napięć wejściowych jest mniejszy od napięcia zasilającego, a zakres napięcia wyjściowego jest z kolei mniejszy od zakresu napięcia wejściowego. Należy zwrócić uwagę iż wzmacniacz operacyjny wzmacnia różnicę sygnału z obydwu wejść o współczynnik wzmocnienia, co powoduje iż różnicowe napięcie wejściowe może zawierać się na tle o wiele większego napięcia wspólnego. I właśnie to różnicowe napięcie powoduje zmianę sygnału wyjściowego. W konsekwencji podanie identycznych sygnałów na obydwa wejścia nie powoduje żadnych zmian napięcia wyjściowego. (występuje jednak napięcie niezrównoważenia wejścia, które powoduje, że aby na wyjściu uzyskać zerowe napięcie, należy podać na wejścia napięcia nieznacznie różniące się od siebie, a dokładnie o wartość tego napięcia niezrównoważenia) Z uwagi na to, że wzmacniacze operacyjne mają wzmocnienie rzędu dziesiątek tysięcy, to do ich sterowania wystarczy niewielkie napięcie różnicowe rzędu kilku mikrowoltów. W przypadku gdy będzie ono duże napięcie wyjściowe będzie bliskie napięciu zasilania dodatniemu lub ujemnemu – analogicznie do znaku różnicowego napięcia wejściowego na wejściu nieodwracającym (+). Ponieważ wzmacniacz posiada dwa wejścia, w przypadku gdy mówimy o napięciu wejściowym mamy na myśli różnicę napięć na wejściach. Sytuacje zmian napięcia na wejściach przedstawiają się następująco: Wejście Wejście nieodwrac odwracają ające (+) ce (-) 0 0 0 0 Wyście schemat + + 21 0 0 0 0 + + Przy dużym wzmocnieniu przypuśćmy 100.000 zmianie napięcia na wyjściu o 5V odpowiadać będzie zmiana napięcia wejściowego o 50μV, co oznacza, że przy zmianach napięcia wyjściowego napięcie wejściowe praktycznie się nie zmienia. Co z kolei powoduje, że podczas normalnej pracy napięcia na obu wejściach są praktycznie równe. (napięcie rzędu mikrowoltów jest bardzo małe, jest ono bardzo trudne do pomierzenia zwykłym sprzętem o dokładności wyrażanej w miliwoltach, jest ono raczej błędem pomiaru, a nie pomiarem). Sprzężenie zwrotne. Wzmacniacze operacyjne mogą pracować w różnych konfiguracjach. Najczęściej jest stosowany układ z zamkniętą pętlą ujemnego sprzężenia zwrotnego ponieważ: - zmniejsza nieliniowość charakterystyk - poszerza pasmo przenoszenia (kosztem wzmocnienia) - umożliwia dobór wzmocnienia napięciowego - zmniejsza niezrównoważenie 22 We + Wy - We wzmacniaczu operacyjnym ujemne sprzężenie zwrotne (między wyjściem, a wejściem odwracającym) pełni funkcję stabilizacyjną. W przypadku z rysunku zmiana kierunku napięcia na wejściu odwracającym powoduje natychmiastową zmianę napięcia wyjściowego w przeciwnym kierunku by przywrócić na wejściu odwracającym takie samo napięcie jak na wejściu nieodwracający. Sytuacja taka określa bardzo silne ujemne sprzężenie zwrotne, które sprawia, że zmiana napięcia na wejściu(-) w jakimś kierunku wywołuje natychmiastową reakcję i zmianę napięcia wyjściowego w przeciwnym kierunku, by przywrócić na wejściu(-) napięcie takie samo jak na wejściu(+). Jeżeli zmienimy napięcie na wejściu(+) od zera do 5V, napięcie wyjściowe i napięcie na wejściu(-) natychmiast się zmieni i będzie wynosić około 5V. Dzieje się tak dlatego, że aby napięcie na wyjściu było równe 5V, różnicowe napięcie wejściowe musi wynosić kilka, kilkadziesiąt mikrowolt i dla wzmacniacza o wzmocnieniu napięciowym 100000 wyniesie 4,99995V (napięcie różnicowe 0,00005V). Dzieje się tak dlatego, że napięcie na wejściu(+) jest już ustalone i w zależności od niego ustala się napięcie wyjściowe powodując tym samym odpowiednią zmianę napięcia wejścia(-), do takiej wartości, która po wzmocnieni o 100000,da 5V na wyjściu. Jednak napięcie na wyjściu i wejściu(-) w takim przypadku muszą być równe, dlatego napięcie wyjściowe będzie równe napięciu wejścia(-). Układ taki nieznacznie osłabia. Lecz to właśnie dzięki tej właściwości wzmacniacz operacyjny posiada swe cechy. OPIS TECHNICZNY MODELU I. Wprowadzenie. Model został zaprojektowany i wykonany w sposób aby umożliwić przy jego pomocy i wchodzących w skład elementów, montaż obwodów do przedstawionych ćwiczeń. Pulpit został wykonany w formie drewnianej skrzynki, na której umieszczono niezbędne elementy (w formie zacisków laboratoryjnych, podstawki pod układy scalone) oraz wykonano najważniejsze połączenia między nimi. W skład modelu wchodzi również zestaw elementów elektronicznych, wykorzystywanych w ćwiczeniach oraz przewody łączeniowe, które zostały umieszczone w oddzielnej 23 skrzyneczce. Jednakże rozwiązania konstrukcyjne umożliwiają zastosowanie do pracy z badanym modelem innych elementów nie wchodzących w skład zestawu. II. Opis konstrukcji. Model został wykonany materiału izolacyjnego którym w wywierconych otworach umieszczono zaciski laboratoryjne oraz podstawkę pod układy scalone , a następnie pomalowany farbą. Płyta czołowa została przykręcona za pomocą 6 wkrętów. Elementy wchodzące w skład zestawu zostały również wykonane na materiale izolacyjnym oraz z blachy miedzianej o grubości 0,5mm. Połączenia wewnątrz modelu zostały wykonany za pomocą miedzianego przewodu prze dolutowanie go w do odpowiednich zacisków. Został też umieszczony na stałe potencjometr pracujący jako rezystor o regulowanej rezystancji, od którego wyprowadzono dwa zaciski. 30 V- P 140 175 55 + 95 ..... 24 285 10 25 V+ .... - 80 25 40 50 65 375 170 40 Pulpit o wymiarach 285\375\35 mm wykonany materiału izolacyjnego. W wywierconych otworach zostało umieszczonych 36 zacisków laboratoryjnych. W centrum pulpitu umieszczono ośmiołóżkową podstawkę pod układ scalony. Połączenie układu scalonego jest następujące (szczegóły strona ....): - nóżka 8 do V+ - nóżka 4 do V- nóżka 7 do zacisku wyjściowego - nóżka 6 do zacisków wejścia(-) - nóżka 5 do zacisku wejścia(+) Potencjometr został zamontowany jako rezystor nastawny, a oznaczony został przez P. W wydzielonej sekcji zostały umieszczone zaciski zasilające: V+, V-, GND (masa) – zacisk GND połączony jest z czterema innymi zaciskami reprezentującymi masę. Na pulpicie naklejono czarne paski przedstawiające wewnętrzne połączenia wykonane w modelu. 13 0,5 8 3 25 30 Podstawki pod elementy wykonano z drewna. Mają wymiary 13\8\8 mm. Przyklejono do nich blaszki miedziane służące do mocowania elementu na modelu, które zostały dodatkowo oklejone aby zwiększyć wytrzymałość mocowania. Na tak wykonanej podstawce przylutowano elementy. Blaszki służące do mocowania elementów mają następujące wymiary 20\4,5\0,5 mm. Przewody instalacyjne wykonane zostały z przewodu miedzianego, a zakończone zostały „żabkami” instalacyjnymi. Przewody mają długość ok. 45 cm. Skrzynka na elementy wykonana jest z tworzywa sztucznego. III. Sposób obsługi modelu. Modelem posługuje się w bardzo prosty sposób. Z zestawu elementów wybieramy te, które są potrzebne, a następnie umieszczamy je między zaciskami laboratoryjnymi i przykręcamy. Jeżeli zachodzi potrzeba wykonania połączeń to wykonujemy je przy użyciu przewodów montażowych w analogiczny sposób. Do połączonego układu przyłącza się w odpowiednich miejsca przyrządy pomiarowe. Należy również zwracać uwagę na wartość podłączanego napięcia zasilania, które nie może przekroczyć dopuszczalnej dla danego układu scalonego wartości i musi być symetryczne. 26 Jako, że porażeniowe. model zasilany jest niskim napięciem nie występuje ryzyko IV. Dane techniczne układów scalonych, budowa. Układy scalone wzmacniaczy operacyjnych TL358 i LM072 znajdują się w ośmiołóżkowych obudowach DIP8. W każdej obudowie zostały umieszczone dwa scalone wzmacniacze operacyjne (wykorzystywany będzie tylko jeden). Na poniższym rysunku został przedstawiony rozkład wyprowadzeń układów, który jest dla obu wspólny. V+ Wy - + 8 5 + + - 1 4 Wy - + V- Podstawowe parametry techniczne scalonych wzmacniaczy operacyjnych wykorzystywanych w ćwiczeniach (LM358 i TL082) znajdują się w tabeli 1 na stronie 3. SPOSÓB POSŁUGIWANIA SIĘ MODELEM. I. Podstawy teoretyczne ćwiczeń. Ćwiczenia przedstawione w tej części pozwolą na zapoznanie się z podstawowymi układami pracy wzmacniacza operacyjnego, a przez co pełniejszym zrozumieniem jego zasady działania. Umożliwią one również zbadanie podstawowych parametrów dając możliwość zapoznania się z technikami pomiarowymi stosowanymi przy ich wyznaczaniu, a także uwidocznią ich rozbieżności z danymi katalogowymi, choć należy zaznaczyć, iż wykonywane pomiary nie będą charakteryzowały się dużą dokładnością (zależy ona w głównej mierze od przyrządów pomiarowych). 27 1. Podstawowe układy pracy. Wzmacniacz nieodwracający. R1 R2 + R3 Uwy Uwe Zakładając nieskończenie wielkie wzmocnienie napięciowe wzmacniacza operacyjnego, nieskończenie wielką rezystancję wejściową oraz zerową rezystancję wyjściową. Podanie napięcia na wejście(+) powoduje natychmiastowy wzrost napięcia na wyjściu. Równocześnie popłynie prąd przez rezystory dzielnika R1 i R2, który spowoduje ustalenie się napięcia Ux (wejście(-)), równego napięciu wejścia(+). W układzie pracy wzmacniacza nieodwracającego wzmocnienie układu jest uzależnione od stosunku wartości rezystorów dzielnika napięcia, który ustala wartość napięcia na wejściu odwracającym (-). Załóżmy, że Ux jest napięciem na wejściu odwracającym (-), które wynika z zależności: Ux = (R1/(R1+R2)) * Uwy Przy powyższych założeniach napięcie Ux będzie równe Uwe (napięcie wejściowe (+)). Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego będzie równe: Ku = Uwy/Uwe Ku = Uwy/Ux Ku = (R1+R2)/R1 Ku = 1 + (R2/R1) W przypadku rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego napięcie na wejściu(-) przyjmie taką wartość aby różnica napięcia na wejściach(+) i (-) była taka, że po wzmocnieniu przez wzmocnienie napięciowe wartość była taka jak ustalona przez Ku układu. Napięcie wyjściowe będzie niewiele mniejsze od oczekiwanego gdyż układ nie charakteryzuje się parametrami idealnymi. 28 Dopiero przy zastosowaniu bardzo dużych wartości rezystorów dzielnika, rzędu M różnice będą dostrzegalne (zbyt mała różnica między prądem polaryzacji wejść, a prądem płynącym w pętli sprzężenia zwrotnego). Przy obliczaniu wzmocnienia nie ma potrzeby uwzględniania rzeczywistych parametrów wzmacniacza operacyjnego, gdyż typowa wartość wzmocnienia napięciowego z otwartą pętlą KUR wynosi kilkaset tysięcy V/V i założymy, że prądy płynące w pętli sprzężenia zwrotnego są kilkaset razy większe od prądów polaryzacji wejść, różnica w obliczeniach KU dla warunków wyidealizowanych i rzeczywistych z uwzględnieniem prądów polaryzacji wyniesie mniej niż 0,01%. Wartość rezystorów R1 i R2 powinna być tak dobrana, aby rezystancja ich równoległego połączenia była równa rezystancji wyjściowej układu sterującego wzmacniaczem nieodwracającym. Zminimalizuje to wpływ wejściowych prądów polaryzujących. Rezystor R3 powinien mieć wartość odpowiadającą równolegle połączonych R1 i R2. Rezystancja wejściowa jest bardzo duża i w praktyce wynosi od 1010 do 1013 Układ bez obciążenia Prąd wyjściowy układu bez obciążenia: Iwy = U(+)/R1 Iwy = (Uwy-U(+))/R2 Napięcie wyjściowe Uwy Uwy = U(+) * Ku Układ z obciążeniem Prąd wyjściowy Iwyo z dodatkowym rezystorem obciążenia R4: Rz – rezystancja zastępcza układu R1,R2,R4 Rz = [(R1+R2)*R4] / R1+R2+R4 Iwyo = Uwy / Rz Prąd płynący przez rezystory dzielnika R1R2 Iwy obliczone bez rezystora obciążenia IR1R2 = Iwy Prąd płynący przez rezystor obciążenia R4 IR4 = Iwyo – IR1R2 Wzmacniacz odwracający. R1 Uwe I1 R2 I2 + 29 Uwy Jak wskazuje nazwa sygnał wejściowy jest doprowadzony do wejścia odwracającego(-) wzmacniacza operacyjnego, przez co układ ten odwraca fazę podanego sygnału. Zakładając, że rzeczywisty wzmacniacz operacyjny ma parametry zbliżone do parametrów wzmacniacza idealnego, można uznać wzmocnienie wzmacniacza za nieskończenie duże (KUR -> ). Wówczas przy danym napięciu wyjściowym Uwy napięcie wejściowe różnicowe UIR będzie dążyło do zera (wejście(+) potencjał masy). Potencjały wejść odwracającego(-) i nieodwracającego(+) będą sobie równe gdyż: U- = U+ - (Uwy/KUR) 0 dla KUR ∞ Jednocześnie prąd wejściowy płynący między wejściami (przez rezystancję wejściową różnicową, której wartość dąży do nieskończoności) jest bliski zeru. Nie wytwarza więc spadku napięcia na rezystorze R3 i rezystancji RIR. Stąd wniosek, że potencjał zera przeniesie się na zacisk wejścia(-) tworząc punkt tzw. masy pozornej(wirtualnej). Przyjęcie założenia, że prąd wejściowy wzmacniacza operacyjnego jest równy zeru oznacza, że w układzie odwracającym płynie jeden prąd między wyjściem i wejściem. Uwzględniając, że potencjał wejścia(-) wynosi zero, można zapisać wzór na wartość prądu w układzie. I1 = Uwe/R1 I2 = -(Uwy/R2) Wzmocnienie układu definiowane jako stosunek napięcia wyjściowego do wyjściowego, KU = Uwy/Uwe przyjmie postać, KU = -(R2/R1) Znak (-) oznacza, że wzmacniacz pracujący w takiej konfiguracji odwraca fazę. Dla jednakowych wartości rezystancji układu R1=R2 otrzymujemy inwerter, czyli układ odwracający fazę przy wzmocnieniu równym jedności. Rezystancja wejściowa wzmacniacza odwracającego zależy od rezystorów R 1 i R2 tworzących dzielnik napięcia dla sygnału wejściowego i sprzężenia zwrotnego, decydujący wpływ ma rezystor R1 włączony między wejście, a masę pozorną. Wpływ rezystora sprzężenia zwrotnego R2 na obwód wejściowy jest zależny od wzmocnienia napięciowego wzmacniacza z otwartą pętlą KUR. Rezystancja wejściowa układu przyjmuje wartość: R2 Rw = R1 + KUR + 1 30 Wartość rezystora R3 powinna być równa wartości rezystancji równolegle połączonych rezystorów R1||R2. Zapewnia to najlepszą kompensację wejściowego napięcia zrównoważenia, będącego wynikiem przepływu prądów wejściowych w rzeczywistym wzmacniaczu operacyjnym. Rezystancja wyjścia wzmacniacza odwracającego zależy od rezystancji wyjściowej wzmacniacza z otwartą pętlą ROO zgodnie z zależnością: Roo Ro = βKUR +1 R1 ,gdzie β = R 1 + R2 Wtórnik napięcia. R2 + 31 Uwy Uwe Wtórnik napięciowy jest odmiana wzmacniacza nieodwracającego w którym rezystancja R1 przyjmuje nieskończoną wartość (nie ma jej), w związku z czym brak również dzielnika napięcia wyjściowego. W takim przypadku uzyskuje się stuprocentowe sprzężenie zwrotne (całe napięcie wyjściowe zostaje podane na wejście). Wzmocnienie KU takiego układu przyjmuje praktycznie wartość równą 1. W rzeczywistym przypadku zależy ona od wzmocnienia napięciowego z otwartą pętlą i przykładowo dla wzmocnienia z otwarta pętla równego 105 V/V KU przyjmuje wartość 0,99999. Widzimy więc, że powstanie wzmacniacz nieodwracający fazy o wzmocnieniu równym jedności, czyli wtórnik napięciowy (powtarzający napięcie wejściowe na wyjściu). Rezystancja wejściowa takiego układu, podobnie jak w przypadku wzmacniacza nieodwracającego przyjmie wielką wartość. Natomiast rezystancja wyjściowa zostanie zmniejszona o KUR razy w stosunku do układu z otwartą pętlą i jej wartość będzie stanowić ułamek oma i znaczną wydajność prądowa wyjścia (co najmniej kilkanaście mA) jest więc możliwe obciążenie wyjścia małą rezystancją. Układ taki nie obciąża źródła ze względu na dużą rezystancję wejściową i posiada małą rezystancję wyjściową (rzędu drobnych ułamków oma) i często jest nazywany transformatorem impedancji. Wartość rezystora R2 w pętli sprzężenia zwrotnego powinna być równa rezystancji wyjściowej źródła sygnału sterującego dla zapewnienia symetrycznych warunków polaryzacji wejścia wzmacniacza. Przesuwnik fazy. R2 R1 + Uwe C1 32 Uwe Układ przesuwnika fazy jest wzmacniaczem o wzmocnieniu równym jedności (R1 = R2), który w zależności od wartości rezystancji potencjometru R3 będzie zmieniał swój charakter od wtórnika, poprzez przesuwnik, do inwertera. Układ przesuwnika fazy przedstawiono na rysunku. Kąt przesunięcia fazowego wnoszonego przez układ zawiera się w przedziale 0 ≤ φ , ≤ 180o. Działanie układu zostanie rozpatrzone dla skrajnych wartości R3: - R3 = 0 (zwarcie). Wejście (+) jest zwarte do masy. Kondensator C nie ma więc wpływu na parametry układu, będąc w takiej sytuacji elementem zewnętrznym. Jego wartość nie może być zbyt duża, nie zwierała wyjścia źródła sygnału. W takich warunkach pracy przesuwnik jest wzmacniaczem odwracającym (φ = 180o) o wzmocnieniu Ku = 1. - R3 -> ∞ (rozwarcie). Kondensator doprowadza napięcie wejściowe do wejścia (+). Ponieważ napięcie wejściowe różnicowe dąży do zera, więc potencjały wejść (+) i (-) są sobie równe. Oznacza, to że rezystor R1 jest teraz włączony między wejścia wzmacniacza operacyjnego i nie występuje na nim żaden spadek napięcia. Nie ma on więc wpływu na działanie układu. Przesuwnik staje się wtórnikiem napięcia. Dla pośrednich wartości rezystancji R3 elementy C i R3 tworzą układ przesuwnika fazy, przekazując sygnał na wejście nieodwracające. Kąt przesunięcia fazowego zależy od wartości reaktancji pojemnościowej Xc oraz rezystancji R3 ustalanej położeniem potencjometru. Wzmacniacz sumujący. R11 I11 I2 R2 UI1 33 R12 IR->0 I12 UR->0 UI2 I1n UIn Wzmacniacz sumujący jest odmianą wzmacniacza odwracającego. Zacisk wejścia odwracającego(-) stanowi punkt masy pozornej. Układ posiada n wejść, przy czym każde z wejść jest poprzez rezystor R1n, połączone z masa pozorną układu. Wzmacniacz sumujący może więc sumować n składników (napięć stałych, przebiegów) realizując równanie, UI1 Uo = -R2 UI2 + R11 UIn + ... + R12 R1n które po przekształceniu przyjmuje postać R2 -Uo = R2 UI1 + R11 R2 UI2 + ... + R12 UIn R1n Napięcie wyjściowe jest suma każdego z wejść, przy czym każde z n napięć wejściowych jest wzmocnione w stosunku R2 KUn = R1n Wzmacniacz różnicowy. I2 I1 R2 R1 34 R3 I3 UI1 UO I4 UI2 Kojarząc wzmacniacz odwracający i nieodwracający, otrzymuje się wzmacniacz różnicowy, w którym napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do różnicy napięć wejściowych UI1 i UI2. Spełniający taką samą funkcję jak wzmacniacz operacyjny z otwartą pętlą. Jednakże dzięki ujemnej pętli sprzężenia zwrotnego uzyskuje się większą stabilność pracy i możliwość regulacji wzmocnienia. Wzmacniacz taki przenosi na wyjście różnicę napięć, a tłumi sygnał wspólny podawany jednocześnie na oba wejścia. Wzmacniacz różnicowy (odejmujący) jest układem z wejściem symetrycznym. We wzmacniaczu różnicowym zachodzi następująca zależność: R2 UO = -UI1 R4 R2 + UI2 R1 1 + R3 + R4 R1 Gdy dobierzemy wartości rezystancji tak, aby spełniały warunek: R2 R4 = R1 R3 Wartości R1, R3, R2, R4 powinny być parami równe, wręcz idealnie jednakowe gdyż od ich dokładności zależy jak układ tłumi sygnał wspólny. Jeżeli powyższy warunek jest spełniony zależność na napięcie wyjściowe przyjmuje postać R2 U = (Uwejściowych Z zależności wynika, że różnica napięć zostanie przekazana na O I2 – UI1) wyjście ze współczynnikiem wzmocnienia R1równym R2/R1. Rezystancje wejść dla wzmacniacza różnicowego są różne. Narzucają przez to warunek bardzo małych rezystancji wyjściowych źródeł sygnałów. Jednakże w przypadku gdy warunek ten nie może być spełniony to wejścia separuje się od źródeł sygnałów wtórnikami napięcia . Rezystancje wejść: - odwracającego(-) wynosi R1 35 - nieodwracającego(+) wynosi R3 + R4 2. Wyznaczanie podstawowych parametrów. Wejściowe napięcie niezrównoważenia - UIO. Wejściowe napięcie niezrównoważenia jest wyznaczane metodą stałoprądową, polegającą na pomiarze napięcia wyjściowego podczas gdy wejścia wzmacniacza(+)i(- 36 ) są zwarte do masy przez rezystory – napięcie wejściowe różnicowe ma potencjał masy – jest równe zeru. W sytuacji takiej z racji na brak idealności parametrów wzmacniacza operacyjnego wystąpi niesymetria, której następstwem będzie pojawienie się na wyjściu napięcia niezrównoważenia, które spowoduje przepływ prądu w pętli sprzężenia zwrotnego i ustalenie napięcia na wejściu. Ponieważ rezystory R1 i R2 tworzą dzielnik napięcia dla sygnału niezrównoważenia występującego na wyjściu, wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia UIO wyznacza się z zależności: R1 UIO = UO R1 + R2 Aby uzyskać dużą dokładność należy dobrać rezystory tak aby spełniały warunki: R2 = 0,1 * KU * R1 R2 > 100R1 R3 = R1||R2 KU – wzmocnienie z otwartą pętlą Współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego – HS (CMRR). Współczynnik tłumienia sygnału sumacyjnego wyznaczamy metodą zmiennoprądową. Z tego powodu musimy przyjąć niską częstotliwość sygnału wejściowego (kilka do kilkadziesiąt herców) tak aby pojemności pasożytnicze nie 37 wprowadzały do układu żadnej reaktancji. Wartość napięcia wejściowego musi należeć do liniowego zakresu charakterystyki dynamicznej. Ze względu na zależność wartości współczynnika HS od napięcia wejściowego, należy wykonać pomiary dla kilku różnych wartości amplitudy podawanego na wejście sygnału współbieżnego. Do zwartych wejść wzmacniacza operacyjnego doprowadzamy sygnał współbieżny (sumacyjny), z generatora napięcia sinusoidalnego. Wartość napięcia sterującego Ug mierzona jest za pomocą woltomierza przyłączonego do zacisków wejściowych generatora, a wartość napięcia wyjściowego UO – zależna od wielkości tłumienia sygnału wspólnego, jest mierzona za pomocą woltomierza przyłączonego do wyjścia wzmacniacza. Wartość współczynnika redukcji sygnału wspólnego, wyrażoną w decybelach wyznaczamy z zależności: (R1 + R2) HS = 20log Ug * R1 [dB] UO Dla zapewnienia dużej dokładności, należy przyjąć R2>>R1, co wyeliminuje wpływ wejściowego prądu niezrównoważenia na wynik pomiaru. W takiej sytuacji wartość CMRR można wyznaczyć z zależności: R2 HS = 20log Ug * R1 [dB] UO Różnicowa rezystancja wejściowa - RIR. Pomiar różnicowej rezystancji wejściowej wykonujemy metodą zmiennoprądową. W obwód wejściowy każdego z wejść jest włączony szeregowy rezystor Rd o dużej rezystancji rzędu M, najczęściej 2M. W przypadku gdy zewrzemy rezystory Rd to 38 wzmocnienie wzmacniacza przyjmie wartość znamionową, a wzmacniacz operacyjny będzie się charakteryzował wzmocnieniem napięciowym zależnym od wartości rezystora R1 oaz rezystorów dzielnika napięcia R2 i R3. Napięcie panujące na wyjściu, gdy rezystory pomiarowe są zwarte oznacza się jako UO1. W przypadku gdy włączniki są rozwarte, w obwód są włączone rezystory Rd wzmocnienie napięciowe zmniejszy się, a w związku z tym napięcie wyjściowe zmaleje do wartości oznaczonej jako UO2. Wynika to stąd, że napięcie wejściowe różnicowe UIR, będące spadkiem napięcia na rezystorze R3 dzielnika, dzieli się teraz pomiędzy rezystancję wejściową różnicowa RIR wzmacniacza i włączone rezystory pomiarowe Rd. Stosunek podziału napięcia wejściowego zależy od stosunku rezystancji występujących w obwodzie wejściowym. Ponieważ napięcie wyjściowe wzmacniacza przy pracy w zakresie liniowym jest proporcjonalne do napięcia wejściowego ich stosunek wyraża się następująco: UO2 RIR = UO1 RIR + 2Rd Po przekształceniu tej zależności otrzymamy wzór na wartość rezystancji wejściowej różnicowej UO2 RIR = 2Rd UO1 – UO2 Napięcia należy mierzyć jak najdokładniejszymi woltomierzami cyfrowymi, ponieważ przy wielkiej rezystancji wejściowej różnicowej wzmacniacza między napięciem UO1 i UO2 wystąpi niewielka różnica. Częstotliwość sygnału musi należeć do zakresu, w którym wzmocnienie ma stałą wartość. Napięcie wejściowe musi być mniejsze niż napięcie przesterowania. /metoda ta nie nadaje się do badania układów o wielkiej różnicowej rezystancji wejściowej (ze stopniami wejściowymi zawierającymi tranzystory polowe) oraz wzmacniaczy standardowych o znacznych wartościach prądów polaryzacji (w tychże wzmacniaczach największy wpływ na parametry obwodu wejściowego mają wejściowe prądy polaryzacji, a nie rezystancja wejściowe) 3. Wyznaczanie podstawowej charakterystyki. Charakterystyka przejściowe (dynamiczne). 39 Charakterystykę przejściową wzmacniacza operacyjnego Uo = f(UI) wyznacza się jednakowo dla wzmacniacza odwracającego i nieodwracającego. Do jej wyznaczenie można użyjemy metody statycznej, która jest realizowana przez podawanie na wejście wzmacniacza napięcia stałego w zakresie pozwalającym na przesterowanie wzmacniacza przy określonym wzmocnieniu. Zakres napięć powinien zawierać w sobie wielkości ujemne jak i dodatnie oraz zero. II. Instrukcje do ćwiczeń. ***Każde z ćwiczeń, należy wykonać dla obydwu układów wzmacniacza operacyjnego (LM358, TL072) co ułatwi obserwacje rozbieżności parametrów różnych typów wzmacniaczy operacyjnych, a przez co zostanie zrozumiana tak 40 wielka ilość modeli tychże układów stosowanych oddzielnie do różnych typów zastosowań.*** A: Wzmacniacz operacyjny pracujący w układzie nieodwracającym. Pomiar wzmocnienia, napięć i prądów –bez obciążenia- w zależności od wartości R1R2. 1.Schemat układu pomiarowego. V1 - napiecie wejscia (+) 1.000 V DC V V-15V V2 - napiecie wyjsciowe +V V1 1V Iwy - prad wyjsciowy 999.9uA DC A U1A LM358 R3 470 3.000 V DC V + R1 1k R2 2k Ux - napiecie wejscia (-) 15V V+ 999.9mV DC V 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest zaobserwowanie wpływu dzielnika rezystancyjnego R1R2 (stosunku rezystorów) na wartość wzmocnienia układu, a także rozkład napięć oraz wartość prądu wyjściowego. - Na modelu należy połączyć elementy wg schematu i w odpowiednich miejscach przyrządy pomiarowe, oraz odpowiednio dobrać wartości rezystorów. Z zasilacza stabilizowanego napięcia stałego zasilamy układ jak również podajemy napięcie wejściowe. Dobierz wartości jak poniżej. V1 = 1V oraz 2V R3 = R1||R2 R2 = 2k 4k 4k / 20k 40k 40k R1 = 1k 2k 1k / 10k 20k 10k +V i –V = jak na schemacie 41 - Wartość wzmocnienia układu powinna zmieniać się zgodnie z zależnością 1+(R2/R1) i powinna być równa wzmocnieniu wyznaczonemu ze stosunku napięcia wyjściowego i wejściowego. Natomiast zmiana wartości R1R2 przy zachowaniu tego samego stosunku powinna zmienić wartość prądu wyjściowego przy zachowanym napięciu wyjściowym, które wg powyższej zależności powinno być stałe. Przed wykonaniem ćwiczenia oblicz wartości prądu Iwy oraz napięcie Uwy. - Podłącz aparaturę pomiarową do modułu, następnie dobierz rezystory wg powyższych wskazań i dokonaj pomiaru notując wyniki w tabeli, następnie zmień wartości rezystorów i postępuj analogicznie. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. POMIARY Lp. 1a 2a 3a 1b 2b 3b V1 [V] V2 [V] wejściowe wyjściowe Ux [V] w.odwracaj Obliczenia R1 i R2 KU 1V 2V R2=2k R1=1k 2 1V 2V 1V 2V 1V 2V 1V 2V 1V 2V R2=4k R1=2k R2=4k R1=1k Iwy wyjście R2=20k R1=10k R2=40k R1=20k R2=40k R1=10k Wzmocnienie V2/V1 3 5 2 3 5 4. Obliczenia: Ku = 1+(R2/R1) Uwy = U(+) * Ku Iwy = (Uwy-U(+))/R2 B: Badanie wpływu obciążenia na wzmocnienie, prąd i napięcie układu nieodwracającego. 1. Schemat układu pomiarowego. V1 – napięcie wejścia (+) 42 NO DATA DC V Icc – prąd zasilania Vcc NO DATA DC A 1V R3 470 Iwy – prąd wyjścia U1A LM358 + R1 1k V2 – napięcie wyjściowe NO DATA DC A NO DATA DC V R2 2k Ux – napięcie wejścia (-) R4 1k Vee NO DATA DC V -15V DC A NO DATA IR1R2 DC A NO DATA V2 V1 15V IR4 – prąd obciążenia 2. Analogicznie jak w zadaniu A z tym, że dołączamy do układu rezystor obciążenia R4 o wartości takiej aby nie przeciążyć układu. - Celem zadania jest zaobserwowanie wpływów obciążenia na napięcia i prądy w układzie. 43 - Od wartości R4 powinien zależeć prąd wyjścia. Im mniejsza wartość R4 prąd powinien być większy. Natomiast prąd R1R2 powinien być stały gdyż to on przepływając przez R1R2 ustala napięcie Ux od którego zależy wartość wzmocnienia. Więc wartość prądu płynącego przez R4 powinna być różnicą prądu wyjściowego i prądu płynącego przez R1R2. IR4=Iwyo – IR1R2 Zaobserwuj jakie wartości przyjmuje prąd zasilania Icc, który powinien mieć stałą wartość. Jak bardzo można obciążyć wyjście? - Podłącz aparaturę pomiarową do modułu, następnie dobierz rezystory wg powyższych wskazań i dokonaj pomiaru notując wyniki w tabeli, następnie zmień wartości rezystora R4. Rezystory R1R2 dobierz tak aby wzmocnienie wynosiło 3, a prąd wyjściowy bez obciążenia ok. 1mA. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. P R4 1 250 2 500 3 1k 4 5k 5 10k 6 100k 7 1M 8 10M Iwy IR2R1 IR4 Icc V1 V2 Ux C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. Wzmacniacz operacyjne w odwracającym układzie pracy. Pomiar wzmocnienia, napięć i prądów –bez obciążenia- w zależności od wartości R1R2. A: 1. Schemat układu pomiarowego. 44 V1 - napiecie wejsciowe 1.000 V DC V -V V1 1V V2 - napiecie wejscia(-) -3.189uV DC V -15V R1 1k R2 2k U1A LM358 V4 - napiecie roznicowe -12.55uV DC V I1 - prad wyjsciowy -1.000mA DC A + V3 - napiecie wyjsciowe -2.000 V DC V R3 470 15V +V 2. Sposób wykonania zadania. Do modułu układu pomiarowego należy dołączyć w zaznaczonych miejscach 9.363uV urządzenia pomiarowe, oraz odpowiednio dobrać wartości rezystorów. Z zasilacza stabilizowanego napięcia stałego DC zasilamy symetrycznie układ jak V również podajemy napięcie wejściowe. Dobierz wartości jak poniżej. V1 = 1V oraz 2V V5 - napiecie wejscia(+) R3 = R1||R2 2.Sposób wykonania zadania. R2 = 2k 6k R1 = 1k 2k +V i –V = jak na schemacie 4k 1k / / 20k 10k 60k 20k 40k 10k - Celem zadania jest zaobserwowanie wpływu dzielnika rezystancyjnego R1R2 (stosunku rezystorów) na wartość wzmocnienia układu, a także rozkład napięć oraz wartość prądu wyjściowego. - Wartość wzmocnienia układu powinna zmieniać się zgodnie z zależnością – (R2/R1) i powinna być równa wzmocnieniu wyznaczonemu ze stosunku napięcia wyjściowego i wejściowego oraz napięcie wyjściowe powinno mieć przeciwny znak do napięcia wejściowego (wzmacniacz odwracający). Natomiast zmiana wartości R1 i R2 przy zachowaniu tego samego stosunku powinna zmienić wartość prądu wyjściowego przy zachowanym napięciu wyjściowym, które wg powyższej zależności powinno być stałe. Wartość napięcia wejściowego nie powinna być równa napięciu wejścia(-), gdyż powinno ono mieć wartość równą (w przybliżeniu) wartości wejścia(+), które jest przecież zwarte do masy. Wartość napięcia różnicowego U R powinna być w przybliżeniu równa zeru. W rzeczywistości wartość U R będą jednak 45 rzędu kilku kilkudziesięciu μV (różnica między wejściami (+) oraz (-) ze względu na bardzo duże wzmocnienie napięciowe wzmacniacza operacyjnego. - Po połączeniu układu podłącz aparaturę pomiarową do modelu, następnie dobierz rezystory wg powyższych wskazań i dokonaj pomiaru notując wyniki w tabeli, następnie zmień wartości rezystorów i postępuj analogicznie jak we wcześniejszym ćwiczeni. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. POMIARY Lp. 1a 2a 3a 1b 2b 3b V1 [V] V2 [V] wejściowe wyjściowe Ux [V] w.odwracaj Obliczenia R1 i R2 KU 1V 2V R2=2k R1=1k 2 1V 2V 1V 2V 1V 2V 1V 2V 1V 2V R2=4k R1=2k R2=4k R1=1k Iwy wyjście Wzmocnienie V2/V1 3 4 R2=20k R1=10k R2=40k R1=20k R2=40k R1=10k 2 3 4 4. Obliczenia. Ku = -(R2/R1) B: Badanie wpływu odwracającego. obciążenia na wzmocnienie, prąd i napięcie układu 1. Schemat układu pomiarowego. 10.44uV DC V -V -15V 1V R1 46 R2 -1.000mA 2. Celem zadania jest zbadanie wpływu obciążenia na pracę układu. - Wykonanie i montaż układu jak w punkcie A - W przypadku gdy włączymy rezystor R4 do układu będący obciążeniem, i będziemy zmniejszać jego wartość jednocześnie spowoduje to wzrost prądu płynącego przez wyjście. Jednak obciążenie układu max dopuszczalnym prądem wyjściowym nie powinno spowodować zmian napięcia wyjściowego, a układ powinien zachowywać się stabilnie. Wartość prądu płynącego przez R2 powinna mieć stałą wartość. Pozostałe czynności analogicznie jak w ćwiczeniu B dotyczącym wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie nie odwracającym C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena i D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Badanie wzmacniacza napięciowego. operacyjnego pracującego w układzie wtórnika 1. Schemat układu pomiarowego. Vdd 15V 47 2. Sposób wykonania zadanie. - Celem zadania jest zaobserwowanie zmian napięć i prądów występujących podczas pracy wtórnika napięciowego, celem zrozumienia zasady jego działania oraz porównania wyników różnych układów. - Podczas zmian napięcia wyjściowego w dopuszczalnym zakresie napięć wejściowych, napięcie wyjściowe powinno mu odpowiadać z niewielka różnicą. Natomiast po przekroczeniu zakresu roboczego napięć wejściowych powinno przyjąć wartość napięcia przesterowania. Prąd wyjściowy powinien pozostać na stałym poziomie. - Łączymy układ wg schematu i podłączmy przyrządy pomiarowe oraz odpowiednie zasilanie i napięcie wejściowe. Dobieramy rezystor tak aby jego wartość odpowiadała rezystancji źródła sygnału, a następnie zmieniając wartość napięcia Vin do 15V dokonujemy pomiarów napięć i prądów umieszczając je w tabeli. Dla ustalonych wartości napięcia wejściowego np. 1V i 10V dokonujemy pomiarów tym razem jednak zmieniamy rezystancję R1 w granicach od 1Ω do 100MΩ(np. 1Ω; 1kΩ; 100kΩ; W przypadku zmian rezystancji napięcie wyjściowe i prąd powinny utrzymywać stałą wartość. Spróbuj policzyć rezystancję wyjściową układu. Narysuj charakterystykę Uwe=f(Uwy) i określ jej liniowość Porównaj charakterystykę z układem nieodwracającym o równym jedności wzmocnieniu 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. Lp. Uwe 1 0V Uwy Iwy R1 48 2 2V 3 4V 4 6V 5 8V 6 10V 7 12V 8 13V 9 14V 10 15V 11 16V 4. Wykres. Uwe=f(Uwy) 15 14 13 12 11 10 Uwe 9 Przykładowy wykres Uwe=f(Uwy) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 13 14 15 16 Uwy B: Badanie wpływu obciążenia na pracę wtórnika napięciowego. 1. Schemat układu pomiarowego. Vdd 15V 49 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest zbadanie zachowania obciążonego wtórnika napięciowego rezystancją Robc. - Napięcie wyjściowe powinno zachować stałą wartość niezależnie rezystancji obciążenia. Wartość prądu wyjściowego powinna zależeć wartości Robc, a rezystor R1 nie powinien mieć na nią wpływu. od od - Połącz układ według powyższego schematu. Dla różnych wartości Robc dokonaj pomiaru napięcia i prądów wyjściowych. Zaczynaj od większych wartości Robc np.500Ω; 400Ω; 300Ω; 200Ω; 190Ω; 180Ω; ... do momentu osiągnięcia max prądu wyjściowego danego układu. Sprawdź również wpływ rezystora R1 na wartość prądu wyjściowego zmieniając jego wartość w dowolnych granicach. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. Lp. Uwe Uwy Iwy9obc) Robc R1 1 2 . . C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy 50 - różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena i D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Badanie wzmacniacz operacyjnego pracującego w układzie przesuwnika fazy. 1. Schemat układu pomiarowego. +V X1 V3 -1/1V 15V 51 R2 R1 10k 689.9mV X2 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest praktyczne przyjrzenie się działaniu przesuwnika fazy oraz określenie jego możliwości dla różnych parametrów sygnału wejściowego. - Po połączeniu układu jak na rysunku powyżej (przykładowe wartości elementów na rysunku) dołączamy do wyjścia generatora oraz wyjścia układu oscyloskop tak aby na ekranie można było obserwować oba przebiegi (dwa kanały). Ustawiamy potencjometr R3 na max wartość a następnie stopniowo zmniejszamy do zera. Porównaj różne typy układów scalonych. dodatkowe. Następnie postępując tak samo obserwujemy sygnały na ekranie z tą jednak różnica, że zwiększamy częstotliwość generatora poza pasmo graniczne. Zbadaj również zachowanie się układu dla napięcia wejściowego wykraczającego poza dopuszczalny zakres. - Podczas gdy R3 przyjmuje wartość zero (zwarcie) sygnał wyjściowy powinien być przesunięty o 180o względem sygnału wejściowego, w przeciwnym przypadku gdy R3 przyjmuje największą wartość (rozwarcie) sygnały powinny być przesunięte względem siebie o 0o (pokrywać się). Zmieniając położenie suwaka R3 zmieniamy wartość przesunięcia fazowego. Ponieważ wzmacniacz ma wzmocnienie równe jedności amplituda sygnału wyjściowego powinna być równa amplitudzie sygnału wejściowego (może być nieznacznie mniejsza). 3. Wykres. Jako wykres przerysuj przebiegi z ekranu oscyloskopu. 52 Przebieg wyjściowy dla φ = 180o φ=0o φ=180o Przebieg wyjściowy dla φ = 0o Π/2 Π 3/2Π Przebieg generatora C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Badanie wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie sumującym. 1. Schemat układu pomiarowego. +V 15V 1V Vin1 53 R11 R2 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest praktyczna obserwacja działania wzmacniacza sumującego celem poznania zasady jego działania oraz możliwości. - Ponieważ wzmocnienie każdego wejścia przyjmuje jednostkową wartość, napięcie wejściowe będzie równe sumie napięć wejściowych. W przypadku gdybyśmy ustalili wartość wzmocnienia jednego z wejść inaczej musimy pomnożyć tę wartość o wzmocnienie tego wejścia, a następnie zsumować z pozostałymi. Dobierz tak wartości rezystorów tak aby przy następujących wartościach napięć na wejściach Vin1 = 3V; Vin2 = 2V; Vin3 = 1V uzyskać napięcie wyjściowe Vo = 3V. - Zbuduj układ jak pokazano na schemacie używając elementów o widocznych wartościach. Przyłącz aparaturę pomiarową. Dokonaj pomiarów dla różnych napięć wejściowych oraz wzmocnień wejść. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. 54 Pomiary LP. Vin1 Vin2 Vin3 Vo R11 Obliczenia R12 R13 KU1 KU2 KU3 R2 R3 1 2 3 . . . 4. Obliczenia. R2 KU1 = - R11 - Uo= KU1Uin1 + KU2Uin2 + KU3Uin3 C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Badanie wzmacniacza operacyjnego pracującego w układzie różnicowym. 1. Schemat układu pomiarowego. +V 15V R2 55 2. Sposób wykonania zadania. Celem zadania jest praktyczna obserwacja różnicowego celem poznania zasady jego działania. działania wzmacniacza - Ponieważ w praktyce przyjmuje się równe wartości rezystorów R1, R3 oraz R2, R4 wzmocnienie układu będzie wynosić jeden, więc napięcie na wyjściu będzie różnicą sygnałów z wejść (Vin2 – Vin1) - Zbuduj układ jak pokazano na rysunku używając elementów o widocznych wartościach. Przyłącz aparaturę pomiarową. Dokonaj pomiarów dla różnych napięć wejściowych. C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Wyznaczanie wejściowego napięcia niezrównoważenia. 1.Schemat układu pomiarowego. 56 Vdd -15V R2 100k U2 LM358 11.93mV DC V + R1 100 R3 90 15V Vcc 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest wyznaczenie wejściowego napięcia niezrównoważenia. - Wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia powinna być mała i porównywalna z danymi katalogowymi, od których w poszczególnych modelach mogą występować nieznaczne odchyłki. Porównaj dane poszczególnych wzmacniaczy operacyjnych. - Do modułu układu pomiarowego należy dołączyć w odpowiednich miejscach przyrządy pomiarowe, oraz odpowiednio dobrać wartości rezystorów. Z zasilacza stabilizowanego napięcia stałego zasilamy. Wartości rezystorów dobierz wg zależności (przykładowe wartości na schemacie ideowym): R2 = 0,1 * KU * R1 R2 > 100R1 R3 = R1||R2 KU – wzmocnienie z otwartą pętlą +V i –V = jak na schemacie Podłącz aparaturę pomiarową do zmontowanego na modelu układu, następnie dobierz rezystory wg powyższych wskazań i dokonaj pomiaru notując wyniki w tabeli. Pomiary powtórz dla różnych wzmacniaczy operacyjnych. A wartość wejściowego napięcia niezrównoważenia wylicz z zależności: R1 UIO = UO R1 + R2 4. R2 R2 R3 Obliczenia: = 0,1 * KU * R1 > 100R1 = R1||R2 57 C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Wyznaczanie współczynnika tłumienia sygnału sumacyjnego. 1.Schemat układu pomiarowego. Vdd -15V 58 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest wyznaczenie wartości współczynnika tłumienia sygnału sumacyjnego (współbieżnego) – HS (CMRR) dla różnych modeli wzmacniaczy operacyjnych przy różnych wartościach amplitudy sygnału wejściowego. - Wartość wyliczonego współczynnika tłumienia sygnału sumacyjnego powinna pokrywać się z danymi katalogowymi, a dla różnych wartości amplitudy sygnału wejściowego powinna być różna. (Dla różnych modeli tego samego typu wartość powinny być nieznacznie różne). - Do modułu służącego do pomiaru współczynnika tłumienia sygnału współbieżnego należy dołączyć wg powyższego schematu przyrządy pomiarowe oraz rezystory, jak również generator przebiegu sinusoidalnie zmiennego. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. 59 LP. Ug [v] UO [V] R1 R2 HS (CMRR) [dB] Parametry generatora U [V] f [Hz] 4. Obliczenia: (R1 + R2) HS = 20log Ug * R1 R2 HS = 20log Ug * R1 [dB] UO [dB] UO A: Wyznaczanie różnicowej rezystancji wejściowej. 1. Schemat układu pomiarowego. 60 V1 -1/1V R1 1k R1 1k 1kHz C1 0.001uF S2 R2 1k Vdd -15V Rd 2000k U1A LM358 R3 1k S1 + NO DATA DC V Rd 2000k 15V Vcc 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest wyznaczenie różnicowej rezystancji wejściowej metodą zmiennoprądową oraz porównanie jej z danymi katalogowymi oraz innym układem. - Łączymy układ dobierajac odpowiednie wartości rezystorów, zalanie oraz parametry generatora /przykładowe wartości na schemacie/. Po podłączeniu wszystkich niezbędnych elementów do układu przystępujemy do pomiarów. Podczas pierwszego pomiaru zamiast rezystorów Rd montujemy zworki, a wyniki pomiarów oznaczamy jako U01. Następnie zamiast zworek umieszczamy rezystory Rd i dokonujemy pomiaru napięcia. Wyniki pomiarów notujemy w tabeli. Pomiary należy powtórzyć kilkakrotnie, dla różnych modelki wzmacniacza operacyjnego. - Wartość różnicowej rezystancji wejściowej powinna zawierać się w granicach wartości podanych w danych katalogowych dla danego układu – patrz załącznik. 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. 61 Lp. U01 U02 Rd RIR 1 2 3 . . . 4. Obliczenia. UO2 RIR = 2Rd UO1 – UO2 C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Wyznaczanie charakterystyki przejściowej wzmacniacza nieodwracającego Uo = f(UI). 62 1. Schemat układu pomiarowego. Vcc 15V Uo V1 0.0V R3 900 Ui + R1 1k U1A LM358 -336.7uV DC V R2 9k 0.000 V DC V -15V Vdd 2. Sposób wykonania zadania. - Celem zadania jest wyznaczenie charakterystyki przejściowej wzmacniacza operacyjnego nieodwracającego. - Charakterystyka przejściowa powinna być liniowa aż do pobliża wartości granicznej napięcia wyjściowego, gdzie powinno następować jej załamanie. Nie powinna przechodzić przez zero ze względu na wejściowe napięcie niezrównoważenia (powinno ono być bardzo małe – i zależne od typu wzmacniacza). - Do modułu wzmacniacza nieodwracającego należy dołączyć przyrządy pomiarowe jak na powyższym schemacie ideowym oraz dobrać wartości rezystorów tak aby wzmocnienie wynosiło 10V/V. Dołączyć zasilanie układu. Zmieniając wartość napięcia wejściowego UI od –2V do 2V oraz 0V tak aby uzyskać 21 wyników dokonuj odczytu napięcia z woltomierzy umieszczając wyniki w tabeli. Następnie narysuj charakterystykę Uo=f(UI). 3. Wyniki pomiarów umieść w tabeli. 63 Lp. UI [V] Uo [V] 1 . . . 21 4. Wykres. Uo=f(Ui) 2 1,8 1,6 1,4 1 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 -1,2 -1,4 -1,6 Uo=f(Ui) -1,8 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -2 Uo [V] Uo = f(UI) Ui [V] Przykładowa charakterystyka przejściowa. D: Wnioski i spostrzeżenia. 64 - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena E: Wykaz przyrządów pomiarowych. A: Wyznaczanie charakterystyki przejściowej wzmacniacza odwracającego. 65 1. Schemat układu pomiarowego. Vdd -15V V1 0.0V R1 1k R2 10k Uo U1A LM358 -350.4uV DC V + Ui R3 900 0.000 V DC V 15V Vcc Pozostałe punkty jak w ćwiczeniu dotyczącym, wyznaczania charakterystyki przejściowej wzmacniacza nieodwracającego. C: Wnioski i spostrzeżenia. - weryfikacja hipotezy badawczej analiza porównawcza wyników i obliczeń wnioski wynikające z wyżej wymienionej analizy różnice między wynikami parametrów i przebiegów zmierzonych i teoretycznych dokładność metod pomiarowych i zastosowanych przyrządów – ocena D: Wykaz przyrządów pomiarowych. III. Instrukcja obsługi. 66 Model został wykonany w sposób umożliwiający łatwe zmontowanie obwodów przedstawionych w instrukcjach do ćwiczeń. Podczas montażu układu należy kierować się umieszczonymi w instrukcjach wskazówkami. Co pozwoli na uniknięcie błędów. Z zestawu elementów wybieramy te, które są potrzebne w danym ćwiczeniu, a następnie umieszczamy je między zaciskami laboratoryjnymi i przykręcamy. Jeżeli zachodzi potrzeba wykonania połączeń to wykonujemy je przy użyciu przewodów montażowych w analogiczny sposób. Woltomierze najlepiej jest przyłączać do zacisków od góry przewodem zakończonym wtykiem bananowym, a amperomierze – jeżeli wykonujemy połączenia przewodami dołączonymi do zestawu przyłączać w miejsce tych przewodów. Do połączonego układu przyłącza się w zaznaczonych miejsca zasilanie. Zmontowany układ zasilany jest z zasilacza, co wyklucza występowanie niebezpiecznego napięcia. Układ zasila się symetrycznym napięciem o wartości odpowiadającej danemu scalonemu wzmacniaczowi operacyjnemu (patrz tab.1. str.3). ZESTAWIENIE MATERIAŁÓW I URZĄDZEŃ obudowa modelu – 1 67 zaciski laboratoryjne: czerwone – 34, czarne – 5 podstawka pod układ scalony – 2 przewody montażowe – 6 gałka na potencjometr – 1 pudełko na elementy – 1 elementy elektroniczne – 31 - rezystor 100Ω – 1 - rezystor 50Ω –1 - rezystor 10Ω – 1 - rezystor 180Ω – 1 - rezystor 100kΩ – 3 - rezystor 1MΩ – 1 - rezystor 2MΩ – 1 - rezystor 60kΩ – 1 - rezystor 90Ω – 1 - rezystor 470Ω – 1 - rezystor 20kΩ – 1 - rezystor 6kΩ – 1 - rezystor 220Ω – 1 - rezystor 10kΩ – 5 - rezystor 1kΩ – 5 - rezystor 2kΩ – 1 - rezystor 4kΩ – 1 - rezystor 9kΩ – 1 - rezystor 40kΩ – 1 - kondensator 0,001μF - kondensator 6,3 nF - potencjometr 100kΩ – 1 - układ scalony typ – LM358N – 2 - układ scalony typ – TL072CN – 2 68 ZAKOŃCZENIE Wykonana praca dyplomowa w łatwy i przejrzysty sposób przekazuje uczniom wiedzę teoretyczną oraz praktyczną dotycząca wzmacniacza operacyjnego. W części teoretycznej umieszczono wszelkie informacje potrzebne do zrozumienia zasady działania wzmacniacza operacyjnego oraz poznania jego parametrów. Po zapoznaniu się z częścią teoretyczną i przejściu do wykonywania ćwiczeń praktycznych, opisanych w kolejnym rozdziale, zostały pokazane na rzeczywistych przykładach najważniejsze cechy tego popularnego układu. Zadania praktyczne pomagają dokładniej zrozumieć zachowanie się wzmacniacza w różnych układach pracy, co umożliwi pełniejsze zrozumienie zasady jego działania oraz wpływu różnych parametrów na nią. Zostało też pokazane jakie różnice między parametrami poszczególnych układów występują i jak przez to do różnych zastosowań wykorzystuje się specjalnie dedykowane dla nich układy. 69 WYKAZ LITERATURY Augustyn Chwaleba, Bogdan Moeschke, Grzegorz Płoszajski „Elektronika 5”; Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Warszawa 1997 Andrzej Bogdanek „Pracownia elektryczna” Poznań 1999 „Elektronika dla Wszystkich” „AVT-Korporacja” sp.z.o.o 10/99 do 11/02 informacjach zaczerpniętych z Internetu 70
