Ćw. 10 Wybrane zastosowania wzmacniaczy operacyjnych (płytka

Ćw. 10 Wybrane zastosowania wzmacniaczy operacyjnych
(płytka wzm. III)
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wybranymi nieliniowymi układami z wzmacniaczami
operacyjnymi i przetestowanie ich działania.
Zadania do wykonania w trakcie ćwiczenia:
•
Połączyć każdy z podanych niżej układów i sprawdzić poprawność jego działania
•
Udokumentować wykonanie zadania obrazami oscyloskopowymi lub wynikami
pomiarów charakterystycznych parametrów danego układu
1. Detektor szczytu.(J4 zwarte)
W chwilach, w których sygnał na wejściu jest większy aniżeli
wartość napięcia na kondensatorze C1, następuje przepływ prądu
przez diodę D i ciągłe przeładowywanie kondensatora do
wartości bliskiej napięciu V1. W przypadku, gdy wartość różnicy
napięć V1-V2 jest ujemna, dioda D nie przewodzi, a na
kondensatorze pozostaje napięcie równe najwyższej wartości
napięcia V1
C1 = 1 [µF] D : 1N4148
•
Sprawdzić działanie układu przy zadawaniu napięcia V1 potencjometrem
•
Wyznaczyć dryf napięcia V2 przy V1 < V2
2. Układ próbkująco - pamiętający (S&H) (J4 zwarte).
W chwili załączenia łącznika S1 kondensator ładuje się do wartości
napięcia wejściowego V1;
przy odpowiednim doborze C1
i niewielkiej rezystancji źródła następuje to z niezauważalną stałą
czasową. Przy otwartym łączniku kondensator „pamięta” poprzednią
wartość napięcia.
•
•
C1 = 1 [µF]
Sprawdzić działanie układu przy zadawaniu napięcia V1 potencjometrem
Wyznaczyć dryf napięcia V2 przy otwartym łączniku S1
3. Prostownik „idealny” z dwoma wyjściami jedno połówkowymi
Układ ma dwa nieliniowe sprzężenia zwrotne. Gdy na wejściu
pojawi się napięcie dodatnie prąd przepływa przez rezystor R22 i
diodę D2, a napięcie wyjściowe V22 jest ujemne, proporcjonalne
do V1 z współczynnikiem -R22/R1. Napięcie wyjściowe V21 jest w
tym czasie równe zeru, dzięki połączeniu przez rezystor R21 z
wejściem odwracającym wzmacniacza („masa pozorna”). Gdy
sygnał wejściowy jest ujemny, drogę dla prądu w sprzężeniu
zwrotnym stanowią R21 i D1 , V 21=− R21 /R 1⋅V 1 , V 22=0 .
R21 =- 100 [kΩ]
•
R21 = 10 [kΩ] R22 = 10 [kΩ]
D1, D2 1N4148
Sprawdzić i udokumentować działanie układu przy sinusoidalnym i trójkątnym nap. V1
4. Prostowniki idealne z wyjściem górnopołówkowym lub dolnopołówkowym (J4 zwarte).
Gdy potrzebne jest tylko jedno wyjście można poprzedni układ uprościć do jednego z
poniższych schematów. Wzmocnienie jest równe -R2 /R1.
R1= 10 [kΩ]
R2 = 10 [kΩ]
D1, D2 1N4148
Sprawdzić i udokumentować działanie układu przy nap.sinusoidalnym i trójkątnym
Sprawdzić dokładność funkcji prostowania niewielkich napięć rzędu mV
•
•
5. Generator RC fali prostokątnej. (J1 rozwarte, J2 rozwarte, J3 dół zwarty, J4 zwarte)
Wzmacniacz jest objęty ujemnym sprzężeniem zwrotnym, o charakterze filtru
dolnoprzepustowego, oraz dodatnim sztywnym sprzężeniem
zwrotnym (podobnie jak w przerzutniku Schmitta). Gdy rezystory R2
i R3 mają równe wartości, to szerokością pętli histerezy jest połowa
napięcia nasycenia wzmacniacza. O stanie wyjścia wzmacniacza
decyduje napięcie na jego wejściach. Gdy napięcie narastające na
wejściu odwracającym osiągnie wartość napięcia na wejściu
nieodwracającym, nastąpi skokowa zmiana sygnału na wyjściu
wskutek czego kondensator zacznie być przeładowywany w
przeciwnym kierunku, aż do osiągnięcia wartości na wejściu
nieodwracającym, itd.
R1 = 10 [kΩ], 100 [kΩ] R2 = 10 [kΩ] R3 = 10 [kΩ] C1 = 1 [µF]
Przeanalizować kształty napięć na wyjściu i na wejściach wzmacniacza
Sprawdzić wpływ rezystancji R1 i R2 na częstotliwość i amplitudę drgań. Porównać
wyniki pomiarów z analizą teoretyczna
•
•
6. Generator RC fali prostokątnej z ograniczeniem sygnału wyjściowego. (J4 rozwarte)
Układ działa podobnie jak poprzedni, z tym, że poziom napięć
wyjściowych nie zależy od napięć nasycenia wzmacniacza,
ale jest narzucony przez ogranicznik diodowy.
R1 = 10 [kΩ], 100 [kΩ]
R2 = 10 [kΩ]
R3 = 10 [kΩ]
R4 = 1 [kΩ] – zwarty zworką JP4???
C1 = 1 [µF]
Dz Uz = 5,1 [V]
•
Przeanalizować kształty napięć na wyjściu i na wejściach wzmacniacza
7. Generator fali sinusoidalnej z mostkiem Wiena. (J4 zwarte)
Mostek Wiena składa się z czterech gałęzi; dwie zapewniają niezbędne przesunięcie fazowe
( R1 C1 i R2 C2), a dwie zapewniają zerowe tłumienie wzbudzanych drgań (diody Zenera i
dzielnik rezystancyj ny P1). Przy spełnieniu warunków: R1 = R2 = R i C1 = C2 =C
częstotliwość generowanych drgań można wyrazić następującym wzorem:
f =
1
2π RC
Wytworzone przez gałęzie RC dodatnie sprzężenie zwrotne trzeba kompensować poprzez
wprowadzenie ujemnego sprzężenia (P1) takiego, aby wzmocnienie wypadkowe było równe
jedności. Diody Zenera, przyłączone równolegle do górnej części dzielnika P1, zapobiegają
wychodzeniu napięcia wyjściowego poza zakres ok. ±6V, poprzez zmniejszanie rezystancji ,
czyli zwiększanie współczynnika ujemnego sprzężenia zwrotnego.
R1 = 10 [kΩ]
R2 = 10 [kΩ]
C1 = 1 [µF]
C2 = 1 [µF]
Dz Uz = 5,1 [V]
•
Znaleźć nastawę potencjometru P1 przy której uzyskuje się drgania o kształcie najbardziej
zbliżonym do sinusoidy.