آزمایش 8: تقویت کننده عملیاتی 2

Transcript

1 آزمایش 8: تقویت کننده عملیاتی 2

2 1-8 -مقدمه 1 تقویت کننده عملیاتی (OpAmp) داراي دو یا چند طبقه تقویت کننده تفاضلی است که خروجی- هاي هر طبقه به وروديهاي طبقه دیگر متصل شده است. در انتهاي این تقویت کننده یک تقویت- کننده جریان قرار دارد که معمولا یک مدار مکمل است. این مدار جریان خروجی تقویتکننده تفاضلی آخر را تقویت میکند. خروجی تقویتکننده عملیاتی از خروجی مدار تقویت جریان دریافت میشود همچنین وروديهاي تقویتکننده عملیاتی همان وروديهاي اولین تقویتکننده تفاضلی است. بنابراین تقویتکننده عملیاتی داراي دو ورودي و یک خروجی است. در شکل 1-8 بلوك دیاگرام مدار داخلی OpAmp و پایههاي ورودي خروجی و تغذیه آن نشان داده شده است. یکی از وروديهاي تقویتکننده عملیاتی که با علامت منفی مشخص شده است ورودي معکوسکننده نام دارد و اگر سیگنال به این ورودي داده شود تقویت شده آن با 180 درجه اختلاف فاز در خروجی ظاهر خواهد شد. ورودي دیگري که با علامت مثبت مشخص شده است ورودي غیرمعکوسکننده نام دارد. در صورتیکه سیگنالی به این ورودي داده شود تقویت شده آن بدون اختلاف فاز در خروجی دیده میشود. شکل 1-8 بلوك دیاگرام مدار داخلی OpAmp و پایههاي آن 1 - Operational Amplifier 2

3 یک تقویتکننده عملیاتی ایدهآل داراي مشخصاتی به شرح زیر است: الف) مقاومت ورودي بینهایت ب) مقاومت خروجی صفر ج) ضریب تقویت ولتاژ بینهایت د) ضریب تقویت جریان بینهایت دهد. تقویتکنندههاي عملیاتی به صورت مدارهاي مجتمع ساخته میشوند. یکی ازمعمولیترین این آيسیها باشماره 741 دربازاروجود دارد. شکل 2-8 پایههاي تقویتکننده عملیاتی با شماره 741 را نشان می- شکل 2-8 پایههاي آيسی یادآوري و پیش گزارش سوالات پیشگزارش 1- براي آيسی 741 خلاصهاي فارسی از مهمترین اطلاعات موجود در Datasheet این قطعه تهیه کنید. 2- با جستجو در اینترنت مهمترین معیارها در انتخاب یک تقویتکننده عملیاتی را بیابید. 3

4 براي هر یک از معیارهاي ذکر شده در سوال قبل یک تقویتکننده عملیاتی متداول و پرکاربرد مثال بزنید مراحل آزمایش تقویتکننده عملیاتی با ضریب تقویت منفی ابتدا Op-Amp را از لحاظ سالم بودن تست کنید. براي این کار مطابق مدار شکل 3-8 را ببندید. به ورودي یک ولتاژ 5 ولت DC اعمال کنید. در این حالت LED باید روشن باشد. حال ورودي را روي صفر ولت قرار دهید. در این حالت LED باید خاموش باشد. -1 شکل 3-8 مدارتست سالم بودن OpAmp -2 در مدارشکل 4-8 یک تقویتکننده عملیاتی با ضریب تقویت منفی نشان داده شده است. با توجه به ایدهآل بودن OpAmp رابطه Vo/Vi = R /R به بافر منفی تبدیل میشود. شکل مدار برقرار است. اگر R = R باشد تقویتکننده را با 4-8 R = R = 10kΩ روي بردبرد ببندید. به وسیله مولتیمتر ولتاژ DC پایههاي آيسی را در حالت بدون سیگنال به زمین اندازه بگیرید و در جدول یادداشت کنید. 4

5 شکل 4-8 تقویتکننده معکوسکننده مقدار ولتاژ( V ) شمارهي پایه مقدار ولتاژ( V ) شمارهي پایه به ورودي مدار یک سیگنال سینوسی با فرکانس 1kHz وصل کنید. مقاومت R را مطابق جدول تغییر داده و هر بار دامنه پیک تا پیک و اختلاف فاز ولتاژهاي ورودي و خروجی را با استفاده از اسیلوسکوپ اندازه بگیرید و یادداشت کنید kΩ 22k kω 47 kω 100 kω V O V i φ 5

6 شکل موج سیگنالهاي ورودي و خروجی را هنگامیکه R = 47kΩ است و خروجی بیشترین -4 دامنه بدون اعوجاج را دارد رسم کنید تقویتکننده عملیاتی با ضریب تقویت مثبت در شکل 5-8 یک تقویتکننده عملیاتی با ضریب تقویت مثبت نشان داده شده است. با توجه به ایدهآل بودن OpAmp میتوانید بهره ولتاژ را از رابطه( Vo/Vi = 1 + R) R/ بدست آورید. اگر = 0 Rو = R باشد مدار به صورت بافر مثبت عمل میکند. -5 شکل 5-8 تقویتکننده غیرمعکوسکننده مدار شکل 5-8 را با = 0 Rو = R روي بردبرد ببندید و مقدار DC پایههاي OpAmp را در حالتیکه بدون سیگنال است اندازه بگیرید و در جدول زیر وارد کنید. -6 مقدار ولتاژ( V ) شمارهي پایه مقدار ولتاژ( V ) شمارهي پایه به ورودي مدار یک سیگنال سینوسی با فرکانس 1kHz وصل کنید. مقاومت R = 10kΩ و R را مطابق جدول تغییر داده و هر بار دامنه پیک تا پیک و اختلاف فاز ولتاژهاي ورودي و خروجی را با استفاده از اسیلوسکوپ اندازه بگیرید و یادداشت کنید. 6

7 1 kω 10 kω 22 kω 47 kω 100 kω V O V i φ شکل موج سیگنالهاي ورودي و خروجی را هنگامیکه R = 47kΩ است و خروجی بیشترین دامنه بدون اعوجاج را دارد رسم کنید. بافر این مرحله را با بافر بخش تقویتکننده معکوس کننده مقایسه کنید و در مورد تفاوتهاي آن توضیح دهید مدار جمع کننده با OpAmp 10- به وسیله تقویتکننده عملیاتی میتوان چند سیگنال را با هم جمع کرد. درشکل 6-8 مدار یک جمعکننده با استفاده از تقویتکننده عملیاتی نشان داده شده است. اگر OpAmp ایدهآل در نظر گرفته شود ولتاژ خروجی از رابطه زیر بدست میآید. V = R (V /R + V /R + V /R ) که اگرR R = R = R = باشد مقدار ولتاژ خروجی برابر است با: V = R R (V + V + V ) اگر = 0 R و = R باشد مدار به صورت بافر مثبت عمل میکند. 7

8 شکل 6-8 مدار جمعکننده با OpAmp 11- مدار شکل 7-8 را روي بردبرد ببندید. V1 ولتاژ DC با مقدار V1=5V و V2 یک سیگنال سینوسی با فرکانس 1KHz و دامنه 2V میباشد. شکل 7-8 مدار جمعکننده با OpAmp 12- ولتاژ خروجی مدار را رسم کنید. آیا ولتاژ خروجی برابر با مجموع ولتاژهاي ورودي است 8