Wzmacniacz operacyjny.pdf

POLITECHNIKA ZIELONOGÓRSKA

INSTYTUT METROLOGII ELEKTRYCZNEJ

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z PODSTAW ELEKTRONIKI

ĆWICZENIE NR 6:

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI WZMACNIACZY OPERACYJNYCH

OPRACOWAŁ:

Jan Jagielski

9. Ćwiczenie nr 6. WZMACNIACZE OPERACYJNE

Wzmacniaczem operacyjnym nazywamy wzmacniacz prądu stałego o dużym wzmocnie-

niu napięciowym przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym układem silnego sprzężenia

zwrotnego.

9.1. Budowa wzmacniaczy operacyjnych

Współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza z silnym ujemnym sprzężeniem

zwrotnym dla warunku Ku >>1 wynosi:

K = -1/ Ks gdzie:

Ks – współczynnik sprzężenia zwrotnego,

Ku – współczynnik wzmocnienia układu z otwartą sprzężenia zwrotnego.

Wartość współczynnika wzmocnienia napięciowego wzmacniacza z silnym ujemnym

sprzężeniem zwrotnym zależy wyłącznie od parametrów pętli sprzężenia zwrotnego. Zdecy-

dowana większość wzmacniaczy operacyjnych wykonana jest w postaci monolitycznych

układów scalonych (Rys. 9.1)

Rys. 9.1. Schemat blokowy wzmacniacza operacyjnego

Wzmacniacz posiada symetryczne wejście różnicowe oraz niesymetryczne wyjście. Na-

pięcie wyjściowe odniesione jest do wspólnego potencjału masy, do którego przyłączone są

także zaciski źródeł symetrycznego zasilania Uza+, Uza-. Wejście ( - ) nazywa się wejściem

odwracającym ( inwertującym ) co oznacza, że napięcie wyjściowe będzie w przeciwfazie w

stosunku do napięcia wejściowego z wejścia ( - ). Wejście ( + ) nazywa się wejściem nieod-

wracającym ( nieinwertujacym) co oznacza, że napięcie wyjściowe i wejściowe z wejścia ( + )

są w fazie.

W analizie wzmacniaczy operacyjnych korzysta się z idealnego modelu o parametrach:

Współczynnik wzmocnienia napięciowego z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego Kur

Rezystancja wejściowa różnicowa Rwer =

Rezystancja wyjściowa Rwy = 0,

Nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia (fd = 0 Hz, fg =

)

W rzeczywistym wzmacniaczu operacyjnym podane wyżej parametry są następujące:

Kur = 10000 –1000000 V / V,

Rwer = 0,5 – 1000 M ,

Rwy = 50 – 20 ,

Fg = 1 – 100 MHz.

Rys. 9.2. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza operacyjnego z otwartą pętlą sprzę-

żenia zwrotnego

Na rys. 9.2 przedstawiono charakterystykę przejściową wzmacniacza operacyjnego przy

otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.

Jeżeli napięcie różnicowe Ur = U1(-) – U1(+) = 0, to napięcie na wyjściu wzmacniacza

U2 = 0. Na charakterystyce przejściowej można wyróżnić zakres pracy liniowej i dwa zakresy

nasycenia. W zakresie pracy liniowej :

U2 = Kur Ur

W zakresie nasycenia napięcia wyjściowego U2 przyjmuje wartość stałą, nieco mniejszą

( 9-1)

co do bezwzględnej wartości napięcia zasilania Uz.

9.2. Podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych

Wzmacniacze operacyjne są powszechnie stosowane w układach liniowych i często wy-

korzystywane w układach nieliniowych. Poniżej omówiono podstawowe układy ze wzmac-

niaczami operacyjnymi

9.2.1. Wzmacniacz odwracający fazę

Schemat wzmacniacza operacyjnego odwracającego fazę przedstawia rys.9.3.

Rys. 9.3. Schemat ideowy wzmacniacza odwracającego fazę

Rezystor R2 łączy wyjście wzmacniacza z jego wejściem odwracającym wprowadza

ujemne sprzężenie zwrotne napięciowe równoległe. Uwzględniając dla wzmacniacza

operacyjnego idealnego Ur = 0, Ir = 0 można zapisać:

( 9 – 2 )

( 9 – 3 )

Współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza wynosi :

( 9 – 4 )

Rezystancja wejściowa wynosi:

R WE

( 9 – 5 )

Szczególnym przypadkiem wzmacniacza odwracającego fazę jest inwerter ( odwracacz

fazy ) . W układzie inwertera R1 = R2 = R i współczynnik wzmocnienia napięciowego wyno-

si (-1).

9.2.2. Wzmacniacz sumujący

Wzmacniacz sumujący jest też odmianą wzmacniacza odwracającego, w którym efekt

sumowania prądów wejściowych w węźle masy pozornej pozwala na wygodne dodawanie

wielu sygnałów wejściowych bez ich wzajemnego oddziaływania. Schemat ideowy sumatora

przedstawia rys. 9.4.

Rys. 9.4. Schemat ideowy sumatora

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: