MERANIE OPERAČNÝCH ZOSILŇOVAČOV

Transcript

1 MEANIE OPEAČNÝCH ZOSILŇOVAČOV Operačné zosilňovače(ďalej len OZ) patria najuniverzálnejším súčiastkam, pretože umožňujú realizáciu takmer neobmedzeného množstva zapojení vo všetkých oblastiach elektroniky. Tieto zapojenia tvoria takú veľkú skupinu obvodov, že nie je možné odmerať vlastnosti všetkých v našom meraní, ktoré venuje meraniu OZ iba 0 hodín. Vybrali sme najzákladnejšie obvody, ktoré vám priblížia vlastnosti a činnosti OZ tak, aby ste ich vedeli aplikovať v iných obvodoch a zapojeniach. Podrobnosti a ďalšie informácie nájdete v odbornej literatúre. Aby ste lepšie pochopili činnosť OZ a zvládli meranie obvodov s OZ musíte si zopakovať učivo z elektroniky tak, aby ste vedeli: ako sa rozdeľujú OZ, aké vlastnosti má ideálny OZ a skutočný OZ, ako sa OZ napája z hľadiska jednosmerných napätí, prečo sa robí kompenzácia OZ, nakresliť schému invertujúceho a neinvertujúceho OZ, od čoho závisí zosilnenie OZ, aký vplyv má spätná väzba na vlastnosti OZ, kde sa používajú OZ. Skôr ako začnete OZ merať, preštudujte si nasledujúce pokyny, ktoré vám zabezpečia správnu činnosť OZ a ušetria peniaze za zničené OZ. Pokyny pre prácu s OZ. Pri symetrickom napájaní OZ musíme zachovať polaritu a maximálnu veľkosť napájacích napätí. Napätia +U cc a -U cc pripájame súčasne, nie postupne. 2. Dbáme na to, aby sme neprekročili maximálnu veľkosť vstupného napätia. 3. Až na výnimky pracuje tak, aby OZ sa nedostal do saturácie, čo znamená, že v celom rozsahu U vst nesmie U výst prekročiť hodnotu + U výst max. 4. Uvedomte si, že +U výst max OZ nemôže byť väčšie ako je +U cc. 5. Nie všetky OZ sú chránené proti skratu na výstupe. Keď tomu tak nie je, zaraďte do série s vstupom OZ ochranný rezistor. 6. Zistite z katalógu základné údaje o vašom OZ, zapojenie vývodov a zapíšte si ich do pracovného zošita resp. do schém zapojenia v tomto cvičení. AKO SI OVEIŤ ČI JE OZ V POIADKU? Pripojíme +U cc napr. +2V. OZ zapojíme ako invertujúci s prenosom A u = -. To znamená, že = 2 ==napr. 0 kω. Na vstup pripojíme js. zdroj o napätí +5V. Na voltmetri pripojenom na výstup, musíme namerať +5V vtedy, keď je OZ v poriadku. - -

2 . OZ AKO INVETUJÚCI ZOSILŇOVAČ... Teoretický úvod Je to najčastejšie zapojenie OZ, ktorého napäťové zosilnenie je závislé od hodnôt a 2 a opd vlastnosti OZ. Pomocou 2 zavádzame ZSV, ktorá ovplyvní vlastnosti OZ tým viac, čím je ZSV silnejšia. Pretože zavedením ZSV sa zlepšujú vlastnosti OZ vo frekvenčnej oblasti, budeme sa zaoberať meraním vplyv ZSV na prenosové vlastnosti OZ. Závislosť A u od frekvencie sa dá opísať vzťahom A u =, kdelβ = = β 2 Au 0 f + βf T 2 Au0 je zosilnenie pri nízkych frekvenciách - 2 -

3 Frekvenciu f, pri ktorej nastáva pokles zosilnenia o 3dB určíme tak, že výraz f 3 /β.f T dáme rovný. Z tejto podmienky vypočítame f 3 na predpokladu, že poznáme tranzitnú (priechodziu) frekvenciu f T, ktorej veľkosť je pre OZ uvedená v katalógu...2. ÚLOHY DOMA. Vypočítajte hodnoty 2 tak, aby ste postupne mohli nastaviť au na hodnoty 20dB, 40dB a 60dB. Hodnotu 2 zapíšte do tabuľky pri schéme zapojenia. voľte rádovo (0 2 až 0 3 ) Ω, z voľte tak, aby platilo 2kΩ z 0kΩ. 2. Zaobstarajte si OZ typu 74 a potrebné rezistory vrátane tých, ktoré potrebujete na overenie činnosti OZ. V ŠKOLE 3. Nakreslite si k schéme zapojenia označenie vývodov OZ a zapíšte čísla vývodov do schémy zapojenia obr.. 4. Z katalógu zistite hodnotu napäťového zosilnenia pri otvorenej slučke SV a hodnotu f T. Ostatné hodnoty si zapíšte do pracovného zošita, pričom výber hodnôt urobte sami. 5. Odmerajte závislosť závislosť u 2 od frekvencie v rozsahu f: (0-M)Hz pri U =0mV=konšt. Schéma zapojenia je na obr.. D OMA 6. Vypočítajte Au a au pre všetky frekvencie a zapíšte ich do tabuľky. 7. Nakreslite priebehy AFCH. 8. Z AFCH zistite f3 (viď obr.2) pre pokles au o 3dB voči hodnotám zosilnenia pri nf a zapíšte ich do tab.2. Vyznačte f3 v AFCH. 9. Vypočítajte hodnoty f3 pre všetky hodnoty au, zapíšte ich do tab. 2. Porovnajte vypočítané hodnoty s hodnotami nameranými. 0. Nakreslite schému zapojenia aplikácie invertujúceho OZ - 3 -

4 ..3. SCHÉMA ZAPOJENIA = A u a u (db) (kΩ) A u = 2..4POSTUP PI MEANÍ. Zostaviť obvod podľa schémy /obr.č./ 2. Pripojiť SZ 3. Nastaviť na SZ ±20V 4. Pripojiť G, EV a EV2 5. Nastaviť na G požadovanú f a požadované U merať EV 6. Odmerať U2 7. Celý postup opakovať od bodu 5 8. Vypnúť napájanie 9. Vymeniť z 0. Opakovať od bodu 5..5 Súpis použitých prístrojov G - generátor EV- elektronický voltmeter EV2- elektronický voltmeter SZ - stabilizovaný zdroj - 4 -

5 ..6 Tabuľka nameraných a vypočítaných hodnôt Viď listy č.:..7 Grafické závislosti Viď listy č.:..8 Zhodnotenie merania..9 Použitá a odporúčaná literatúra // Zošity z ELN (teória + cvičenia). /2/ Kabeš: Operační zesilovače v automatizační technice, SNTL 989. /3/ Punčochář: Operační zesilovače v elektronice, BEN 996 /4/ Kolombert, Jurkovič, Zodl: Využitie analógových integrovaných obvodov, ALFA 990 /5/ Křišťan Vachala: Příručka pro navrhování elektronických obvodu, SNTL 982. /6/ Časopisy A A, A B a Sdělovací technika, Internet /7/ Dostál: Operační zesilovače, SNTL 98, BEN 200 /8/ Láníček: Elektronika, obvody, součástky, děje, BEN Kontrolné otázky a príklady. Aké vlastnosti má ideálny OZ? 2. Aké vlastnosti má skutočný OZ? 3. Nakreslite schému zapojenia invertujúceho OZ a napíšte vzťah pre Au0! 4. Nakreslite schému zapojenia neinvertujúceho OZ a napíšte vzťah pre Au0! 5. Prečo sa robí kompenzácia OZ? 6. Aký vplyv má ZSV na OZ? 7. Od čoho závisí zosilnenie OZ? 8. Nakreslite AFCH OZ bez a so ZSV, keď predpokladáme, že OZ je kompenzovaný! Zdôvodnite, prečo je priebeh AFCH OZ bez ZSV nevhodný pre praktické použitie! 9. Od čoho závisí hodnota fh? 0. Ako je definovaná ft?. Vypočítajte Au0, au0 invertujúceho OZ, keď = 6,8 kω a 2 = 47 kω! (Au0 = - 6,9, au0 6,8 db) 2. Vypočítajte Au0, au0 neinvertujúceho OZ, keď = 3,3 kω a 2 = 8,2 kω! (Au0 = 3,5, au0 = 0,8 db) 3. Vypočítajte hodnotu neinvertujúceho OZ tak, aby au0 = 6dB, keď 2 = 2,2 kω! ( = 2,2 kω) - 5 -

6 4. Vypočítajte hodnotu invertujúceho OZ, tak aby au0 = 6dB, keď 2 = 2,2 kω! ( =, kω) 5. TENTO POJEKT JE SPOLUFINANCOVANÝ EUÓPSKOU ÚNIOU 7 TENTO POJEKT JE Vypočítajte hodnotu Au invert. OZ, ktorého au0 = 60 db, keď f = 50 khz a ft = MHz! (Au = 20) 6. Vypočítajte, pri akej frekvencii poklesne Au0 = 00 o 2 db, keď ide o invertujúci OZ, ktorého ft = MHz! (f = 6 khz) 7. Vypočítajte, akú hodnotu ft musí mať OZ zapojený ako invertujúci OZ, aby Au0 = 50 pokleslo o 6dB pri frekvencii 80 khz! (ft = 5,6 MHz) 8. V neinvertujúcom OZ je = 5,6kΩ a 2 = 27kΩ. O koľko decibelov sa zväčší Au0, keď 2 sa štvornásobne zväčší? ( o 2 db) 9. Vypočítajte, akú hodnotu odporu má mať, keď rezistor x, ktorý treba pripojiť paralerne k aby Au0 = 50 invertujúcho OZ kleslo o 0 db, keď 2= 47 kω ( x= 2,73 kω) 2. Vypočítajte, akú hodnotu odporu má mať rezistor x, ktorý treba pripojiť paralelne k, aby 22. Au0 = 200 neinverujúcho OZ vzrástlo o 0 db, keď 2 = 82 kω (x = 37,22,kΩ) 23. Nakreslite priebeh AFCH invertujúceho OZ pre rôzne tri hodnoty Auo! Čím sa od seba líšia a prečo? 24. Aký je rozdiel medzi OZ MAA 74 a MAC 56? 25. Ktoré parametre OZ sa najviac líšia a prečo? - 6 -