Τελεστικοί Ενισχυτές

Transcript

1 Θεωρητική Ανάλυση: Τελεστικοί Ενισχυτές 1. Διαβάστε το datasheet του LM741 και συμπληρώστε τις παρακάτω παραμέτρους. Supply Voltage, Input Offset Current, Input Offset Voltage, Input Resistance, Output Short Circuit Current, Bandwidth, Slew Rate, Input Voltage, Supply Current, Power Consumption 2. Χρησιμοποιώντας ανάλυση κυκλωμάτων, υπολογίστε τη συνάρτηση μεταφοράς για τον διαφορικό τελεστικό ενισχυτή που φαίνεται παρακάτω. 3. Αναζητήστε τον ορισμό του γινομένου Gain-Bandwidth, και παραθέστε την περιγραφή του παρακάτω Προσομοίωση με χρήση Λογισμικού ADS: 1. Προσομοιώστε το παρακάτω κύκλωμα για κέρδη 1, 10 και 100 και για συχνότητες από 10Hz μέχρι 100MHz.

2 2. Σχολιάστε αυτά που παρατηρείτε σχετικά με το γινόμενο Gain-Bandwidth και τις συχνότητες αποκοπής(cutoff frequencies) 3. Παρουσιάστε γραφικά τα αποτελέσματα κέρδους τάσης συναρτήσει της συχνότητας(gain vs frequency) για κάθε διαφορετική τιμή κέρδους, όπως αυτά προέκυψαν από τις προσομοιώσεις σας. Αποτελέσματα Εργαστηριακής Άσκησης: 1. Κατασκευάστε τον παραπάνω αναστρέφων τελεστικό ενισχυτή με κέρδος 2. Εφαρμόστε DC τάση -15V στο pin4 και +15V στο pin7 ώστε να τροφοδοτήσετε κατάλληλα το κύκλωμά σας. Παρακάτω παρατίθεται και το Pinout διάγραμμα του LM741 όπως αυτό παρουσιάζεται και στο datasheet του. 2. Χρησιμοποιήστε την γεννήτρια σημάτων για να εφαρμόσετε ένα σήμα 5Vpp στην κατάλληλη είσοδο του τελεστικού ενισχυτή με συχνότητα 10Hz και 0V DC offset. 3. Μετρήστε και καταγράψτε τις παρακάτω παραμέτρους, input voltage, output voltage, voltage στο pin2, voltage μεταξύ των pin2 και pin3. 4. Μετρήστε και καταγράψτε τις input και output voltages για συχνότητες μέχρι 100MHz. Υπολογίστε το κέρδος τάσης αλλά και το κέρδος σε db. Χρησιμοποιήστε το κέρδος σε db για να φτιάξετε μία γραφική όπου θα παρουσιάζεται το κέρδος τάσης(gain vs frequency). 5. Αλλάξτε το κέρδος του τελεστικού ενισχυτή από 2 σε 20 και επαναλάβετε τα βήματα Μετατρέψτε το κύκλωμά σας ώστε να σας δίνει μοναδιαίο κέρδος. 7. Αλλάξτε το input voltage σε τετραγωνικό παλμό πλάτους 10Vpp, συχνότητας 1KHz και μηδενικού DC offset. 8. Χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο απεικονίστε το rising edge της εξόδου σας. Φροντίστε ώστε στην εικόνα που θα παρουσιάσετε, η γραφική σας να καταλαμβάνει όλη την οθόνη του παλμογράφου.

3 9. Μετρήστε και καταγράψτε την διαφορά peak-to-peak και το χρόνο από το minimum voltage στο maximum. 10. Αλλάξτε την input voltage σε τετραγωνικό παλμό πλάτους 1Vpp, συχνότητας 1KHz, μηδενικού DC offset και κέρδους 100. Επαναλάβετε το βήμα 9. (Για δική σας διευκόλυνση τα αποτελέσματα των μετρήσεών σας μπορείτε να τα συμπληρώσετε παρακάτω) Παράρτημα: 1. Σχεδιάστε το κύκλωμα του αναστρέφων ενισχυτή. 3. input voltage = output voltage = voltage στο pin2 = voltage μεταξύ των pin2 και pin3 = 4. Μετρήστε και καταγράψτε τις input και output voltages για συχνότητες μέχρι 100MHz. Για θεωρητικό κέρδος τάσης(gain) -2 Frequency Input Voltage Output Voltage 10Hz 100Hz 1kHz 5kHz 10kHz 25kHz 50kHz 100kHz 200kHz 400kHz 500kHz Measured Gain Gain (db)

4 700kHz 800kHz 1MHz 2MHz 5MHz 10MHz 50MHz 75MHz 100MHz Για θεωρητικό κέρδος τάσης(gain) -20 Frequency Input Voltage Output Voltage 10Hz 100Hz 1kHz 5kHz 10kHz 25kHz 50kHz 100kHz 200kHz 400kHz 500kHz 700kHz 800kHz 1MHz 2MHz 5MHz 10MHz 50MHz 75MHz 100MHz Measured Gain Gain (db) 9. Μετρήστε και καταγράψτε την διαφορά peak-to-peak και το χρόνο από το minimum voltage στο maximum(για τετραγωνικό παλμό πλάτους 10Vpp, συχνότητας 1KHz και μηδενικού DC offset και μοναδιαίο κέρδος τάσης) t = V =

5 10. Μετρήστε και καταγράψτε την διαφορά peak-to-peak και το χρόνο από το minimum voltage στο maximum(για τετραγωνικό παλμό πλάτους 1Vpp, συχνότητας 1KHz και μηδενικού DC offset και κέρδος τάσης 100) t = V = Ερωτήσεις Ανάπτυξης: 1. Ήταν η διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων του τελεστικού ενισχυτή μηδέν; Αν όχι, ήταν κοντά στις προδιαγραφές όπως αυτές ορίζονται στο datasheet; 2. Πως σχετίζεται το θεωρητικό κέρδος τάσης(gain) σε σχέση με αυτό που μετρήσατε στα πειράματά σας; Αιτιολογήστε σε τι μπορεί να οφείλονται οι διαφορές που προκύπτουν. 3. Από τα δεδομένα που συλλέξατε στο βήμα 4, φτιάξτε μία γραφική. Για τη γραφική σας χρησιμοποιήστε το κέρδος σε db. 4. Το γινόμενο Gain-Bandwidth είναι σταθερό για τους τελεστικούς ενισχυτές και καθορίζεται μόνο από το κέρδος. Το Gain-Bandwidth που περιγράφεται στις προδιαγραφές αφορά μοναδιαίο κέρδος. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που συλλέξατε στα βήματα 4 και 5 υπολογίστε το κέρδος που μετρήσατε. Βρείτε τις συχνότητες αποκοπής(cutoff frequencies) ή αλλιώς -3dB συχνότητες από το μέγιστο κέρδος. Υπολογίστε το γινόμενο Gain-Bandwidth για τα δεδομένα που καταγράψατε και συγκρίνετέ τα με τις προδιαγραφές. Αιτιολογήστε τις οποίες διαφορές παρατηρείτε. 5. Με τα δεδομένα που συλλέξατε στα βήματα 9 και 10, υπολογίστε το ρυθμό ανόδου(slew rate) του τελεστικού ενισχυτή. Το slew rate υπολογίζεται ως dt/dv. Συγκρίνετε τους ρυθμούς που υπολογίσατε σε σχέση με τις προδιαγραφές του ενισχυτή. Είναι παρόμοιες; Θα έπρεπε να είναι; Αιτιολογήστε όποιες διαφορές παρατηρείτε. Καλή επιτυχία!