ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

Transcript

1 ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΕΠΩΝΥΜΟ ΟΝΟΜΑ Α.Μ. ΤΜΗΜΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ:.... /..../ 20.. ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ:.... /..../ 20.. ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

2 Αντικείμενο της εργαστηριακής άσκησης είναι η χρήση ολοκληρωμένου κυκλώματος τελεστικού ενισχυτή για διάφορες εφαρμογές. Για την υλοποίηση της άσκησης χρησιμοποιήσαμε τον τελεστικό ενισχυτή LM741C. ΣΤΟΧΟΙ η κατανόηση της λειτουργίας του τελεστικού ενισχυτή, η εξοικείωση με έναν από τους πιο διαδεδομένους τελεστικούς ενισχυτές, τον LM741C, η κατανόηση της λειτουργίας των βασικότερων κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν τελεστικό ενισχυτή, όπως ο ανάστροφος ενισχυτής ή αντιστροφέας, ο αθροιστής τάσεων, ο συγκριτής τάσεων και ο ολοκληρωτής τάσης. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ Βήμα 1. Κύκλωμα Ανάστροφου Ενισχυτή Χρησιμοποιώντας τον ΤΕ LM741C υλοποιήστε κύκλωμα ανάστροφου ενισχυτή και τροφοδοτήστε το με τάση ±15V (σχήμα Ε7.1). Τοποθετήστε αντίσταση ανατροφοδότησης R f = 47K και σε σειρά με την αρνητική είσοδο του ΤΕ τοποθετήστε αντίσταση R 1 = 10K. Από την θετική είσοδο του ΤΕ μέχρι τη γείωση τοποθετήστε αντίσταση R 3 την οποία θα υπολογίσετε από την σχέση R R R 1 f 3 = = = R1 + Rf... Στο παρακάτω σχήμα Ε7.1 σχεδιάσαμε (ευδιάκριτα) όλα τα παραπάνω (και το τροφοδοτικό). Σχήμα Ε7.1 Κύκλωμα ανάστροφου ενισχυτή Βήμα Α7. Η ενίσχυση τάσης που περιμένουμε να έχει ο ενισχυτής (η καθοριζόμενη από της αντιστάσεις R f και R 1 ) είναι: A = = =... (7.1) v - 1 -

3 Βήμα Α8. Βραχυκυκλώσαμε στη γείωση την είσοδο της παραπάνω ενισχυτικής διάταξης του σχήματος Ε7.1 και κάναμε αντιστάθμιση (δηλαδή ρυθμίσαμε το ποτενσιόμετρο αντιστάθμισης ώστε η έξοδος του ΤΕ να γίνει V o = 0V). Βήμα Α9. Δώσαμε στην είσοδο της ενισχυτικής διάταξης εναλλασσόμενο ημιτονικό σήμα συχνότητας f = 800Hz και πλάτους V i =.... V Με τον παλμογράφο μετρήσαμε το πλάτος στην έξοδο του ενισχυτή και ήταν: V o =... V Βήμα Α10. Άρα από τις μετρήσεις μας προκύπτει ότι η ενίσχυση της ενισχυτικής διάταξης είναι: A = = =... (7.2) v Συγκρίνοντας την ενίσχυση που υπολογίσαμε χρησιμοποιώντας τη σχέση (7.1) με την ενίσχυση που προέκυψε από τις μετρήσεις μας, δηλαδή από τη σχέση (7.2), συμπεραίνουμε ότι: Βήμα Α11-Α12. Χρησιμοποιώντας τα δύο κανάλια του παλμογράφο παρατηρήσαμε τις κυματομορφές στην είσοδο και την έξοδο της ενισχυτικής διάταξης (διάγραμμα E7.1). Διάγραμμα E

4 Από το παραπάνω διάγραμμα E7.1 βλέπουμε ότι η διαφορά φάσης ανάμεσα στην είσοδο και στην έξοδο της ενισχυτικής διάταξης είναι φ = Βήμα B1-B2. Κύκλωμα Αθροιστή Τάσεων Υλοποιήσαμε κύκλωμα αθροιστή τάσεων τριών εισόδων και το τροφοδοτήσαμε με τάση ±15V. Ως αντίσταση ανατροφοδότησης επιλέξαμε την R f = 10K ενώ εν σειρά με την αρνητική είσοδο του ΤΕ συνδέσαμε τρεις αντιστάσεις R i1, R i2, R i3 =10K. Από την θετική είσοδο του ΤΕ μέχρι τη γείωση τοποθετήσαμε αντίσταση R 3, την οποία υπολογίσαμε από τη σχέση: R R R ολ f 3 = = = Rολ + Rf... όπου R ολ 1 = = = R R R i1 i2 i3 Το κύκλωμα του αθροιστή τάσεων (και η τάσεις τροφοδοσίας του) φαίνονται στο παρακάτω σχήμα E7.2 Σχήμα E7.2 Κύκλωμα αθροιστή τάσεων Βήμα Β3. Η τάση εξόδου V o που περιμένουμε να έχει ο αθροιστής τάσεων (η καθοριζόμενη από τις αντιστάσεις R f και R i1, R i2, R i3 ) θα ισούται με το αλγεβρικό άθροισμα των εισόδων του επί την ενίσχυση που υφίσταται η κάθε είσοδος. Δηλαδή: - 3 -

5 Βήμα Β4. Εφαρμόσαμε στις τρεις εισόδους του αθροιστή τις τάσεις: V i1 = Volt V i2 = Volt V i3 = Volt Στην έξοδο του αθροιστή μετρήσαμε με ηλεκτρονικό βολτόμετρο τάση V o =.... V. Συγκρίνοντας την μετρούμενη τάση V o με την θεωρητικά αναμενόμενη από το βήμα Β3 παρατηρούμε ότι: Βήμα Γ1-Γ2. Κύκλωμα Συγκριτή Τάσεων Χρησιμοποιώντας τον ΤΕ LM741 υλοποιήσαμε κύκλωμα συγκριτή (σχήμα Ε7.3). Σχήμα Ε7.3 Κύκλωμα συγκριτή τάσεων Στην είσοδο Α του ΣΥΓΚΡΙΤΗ βάλαμε εναλλασσόμενο ημιτονικό σήμα συχνότητας f = 800Hz και πλάτους V i = 2V ενώ στην είσοδο Β (είσοδος αναφοράς) βάλαμε DC τάση V αναφ = +1V. Με τον παλμογράφο παρατηρήσαμε την κυματομορφή της τάσης εξόδου (διάγραμμα Ε7.2)

6 Διάγραμμα Ε7.2 Από το διάγραμμα Ε7.2 θα εξηγήσουμε την μορφή της κυματομορφής εξόδου του συγκριτή: - 5 -

7 Βήμα Γ3. Μεταβάλαμε την DC τάση αναφοράς από V αναφ = +1V σε V αναφ = 1V και παρατηρήσαμε πάλι με τον παλμογράφο τη νέα κυματομορφή της τάσης εξόδου του συγκριτή (διάγραμμα Ε7.3) Διάγραμμα Ε7.3 Τώρα θα συγκρίνουμε το διάγραμμα Ε7.3 με το διάγραμμα Ε7.2 και αντιπαραβάλλοντας με αυτά που ξέρουμε από την θεωρία θα δούμε τι άλλαξε στην κυματομορφή της τάσεως εξόδου του συγκριτή όταν αλλάξαμε την τάση αναφοράς από V αναφ = +1V σε V αναφ = 1V: - 6 -

8 Βήμα Γ4. Μεταβάλλοντας την DC τάση αναφοράς (V αναφ ) από 2V έως +2V και παρατηρώντας με τον παλμογράφο την κυματομορφή της τάσης εξόδου, είδαμε τα εξής: Βήμα Δ1-Δ2. Κύκλωμα Ολοκληρωτή Τάσης Υλοποιήσαμε κύκλωμα ολοκληρωτή (σχήμα Ε7.4) και θέσαμε στην είσοδο του σήμα τετραγωνικής μορφής με πλάτος 1V. Σχήμα Ε7.4 Κύκλωμα ολοκληρωτή τάσης - 7 -

9 Με τον παλμογράφο παρατηρήσαμε την κυματομορφή της τάσης εξόδου όταν η συχνότητα του τετραγωνικού παλμού είναι: α) f = 350Hz β) f = 3000Hz f = 350Hz f = 3000Hz Παρατηρώντας τα δυο παραπάνω διαγράμματα θα δούμε για ποια από τις δύο συχνότητες των τετραγωνικών παλμών έχουμε καλύτερη ολοκλήρωση και γιατί; - 8 -