Politechnika Wrocławska
Instytutu telekomunikacji i akustyki I - 28
Laboratorium Układów elektronicznych
Nr.ćwiczenia:
10
Data:
20.X.1997r.
Ocena:
1) Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z podstawowymi analogowej, elektronicznej techniki obliczeniowej, szczególnie z zasadami prostych członów operacyjnych maszyn analogowych.
2) Spis przyrządów pomiarowych
- zasilacz stabilizowany typ 224
- generator fali prostokątnej
- generator G 430
- oscyloskop DT 6620
3) Schemat układów pomiarowych
a) Układ sumujący
RS
R1Nn
+15 V
R2N
-
51W
+
-15 V
b) Układ całkujący
C3N
RS
+15V
R1N
51W
-
+
-15V
c) Układ różniczkujący
RS
+15VV
R6N
C2N
51W
-
+
-15V
R1N
4) Wnioski
Wzmacniaczem operacyjnym jest nazywany wzmacniacz prądu stałego, głównie ze sprzężeniem bezpośrednim, o bardzo dużym wzmocnieniu. Jego nazwa wywodzi się od pierwotnego zastosowania do wykonywania operacji matematycznych ( np. sumowaniu, logarytmowaniu, różniczkowaniu, całkowaniu itp.) w maszynach analogowych. Właściwości funkcjonalne wzmacniacza operacyjnego mogą być kształtowane przez odpowiedni dobór pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego. Z tego powodu względu jest to najbardziej uniwersalny układ analogowy o bardzo szerokich możliwościach zastosowań.
Wzmacniacz operacyjny ma dwa wejścia umożliwiające symetryczne ( różnicowe ) podawanie sygnału wejściowego i niesymetryczne wyjście. Wejście względem którego sygnał wyjściowy jest przesunięty w fazie o 180°, jest nazywane odwracającym i oznaczone „-”. Drugie wejście, dla którego sygnał wyjściowy ma fazę zgodną z sygnałem wejściowym, jest nazywane nieodwracającym „+”.
Idealny wzmacniacz operacyjny powinien charakteryzować się następującymi właściwościami :
- nieskończenie dużym wzmocnieniem przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego ( Ao ® ¥ )
- nieskończenie szerokim pasmem przenoszenia częstotliwości (od 0 do ¥)
- zerową rezystancja wyjściową ( Ro ® 0 ) i nieskończenie dużą rezystancją wejściową ( RI ® ¥ ) przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego,
- zerowym napięciem wyjściowym przy zerowej wartości różnicowego napięcia wejściowego, czyli zerowym napięciem niezrównoważenia (UI0 ® 0),
Wzmacniacz operacyjny składa się z trzech podstawowych bloków :
1) wzmacniacz różnicowy o symetrycznym wejściu i niesymetrycznym wyjściu, zapewniający dużą rezystancję wejściową i małe niezrównoważenie oraz względnie duże wzmocnienie sygnału różnicowego »10 V/V ( ok. 20 dB ).
2) wzmacniacz napięciowy, którego zadaniem jest uzyskanie dużego wzmocnienia napięciowego »10 V/V ( ok. 60 dB ).
3) wtórnik emiterowy, zapewnia duże wzmocnienie prądowe i małą rezystancje wyjściową.
Parametry rzeczywistego wzmacniacza operacyjnego tylko w przybliżeniu odpowiadają wyżej wymienionym warunkom idealizującym. We współczesnych wzmacniaczach operacyjnych uzyskuje się bowiem następujące wartości tych parametrów :
- wzmocnienie z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego Ao = 10¸ 10 V/V (80 ¸120 dB)
- rezystancja wejściowa ( różnicowa ) RI = 0.05 ¸ 10MW
- rezystancja wyjściową z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego Ro = 50 ¸ 200 W
- częstotliwość graniczną ( przy której Ao = 1 ) f1 = 1 ¸ 100 MHz.
Celem tego ćwiczenia było zapoznanie się z analogową techniką obliczeniową. Jej elementem jest niewątpliwie wzmacniacz operacyjny objęty odpowiednią pętlą sprzężenia zwrotnego.
Podstawowym działaniem jest dodawanie (sumowanie).
Układ wykonywający to działanie jest pokazany na schemacie „a”. Układ posiada dwa wejścia, do których doprowadziliśmy dwa różne sygnały, sinusoidalny i prostokątny. W wyniku ich zsumowania otrzymaliśmy taki oto sygnał wyjściowy :
Współczynniki z jakimi sygnały te zostały dodane można łatwo wyznaczyć. Otóż możemy traktować, że układ ten działa oddzielnie dla każdego sygnału. Wzmocnienie wzmacniacza objętego rezystancyjnym sprzężeniem zwrotnym dla jednego sygnału jest równe Ko1 = dla sygnału prostokątnego i analogicznie dla sinusoidy Ko2 = , czyli w sumie napięcie wyjściowe jest równe Uwy = U1* + U2*. Wspomniane współczynniki są więc równe odpowiednio dla prostokąta „Ko1” i dla sinusoidy „Ko2”.
Zmieniając teraz wartości RS; R1N i R2N zmienialiśmy...