Měření vlastností střídavého zesilovače

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická universita Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Základy elektroniky ZEL Laboratorní úloha č. Měření vlastností střídavého zesilovače Datum měření: Datum odevzdání: Skupina ve cvičení: 1:00 1:0 Učitel: Ing. Lukáš Paulinský Tento protokol vypracoval Jméno: Jiří Znoj Login: ZNO jiri.znoj.st@vsb.cz Na měření spolupracoval Jméno: Dluhoš Jan Login: DLU00

2 A. Zadání úlohy I. Měření invertujícího zapojení zesilovače s OZ (OZ - operační zesilovač). Změřte stejnosměrnou převodní charakteristiku U = f (U 1 ) invertujícího zesilovače s OZ typu OP1 (RC modul OPERATIONAL AMPLIFIER) pro obě polarity vstupního ss signálu a dvě hodnoty R = 0 k R a R = 10 k, ověřte platnost vztahu pro výpočet napěťového zesílení A u, určete hodnoty výstupního saturačního napětí U sat+ a U sat-. Pokyny pro měření: 1. Schéma zapojení pro měření převodní charakteristiky U = f (U 1 ) invertujícího zesilovače je na obr. 1. R + = - ZD V V1 (1) OZ +1V -1V Napájecí napětí +1V/ -1V OZ je generováno měničem DC/DC uvnitř bloku z +V () U V V obr. 1 ZD regulovatelný zdroj ss napětí U 1 V1 multimetr M900 V multimetr M900 OZ - modul OPERATIONAL AMPLIFIER s OP1 dvou kolíkový rezistor 0k R odporová dekáda R DECADE. Na odporové dekádě R nastavíme postupně hodnotu R = 0 k a R = 10 k, vstupní napětí U 1 nastavujeme na zdroji ZD od V do +V s krokem 0,V (údaj voltmetru V1) a odečítáme výstupní napětí U (údaj voltmetru V). Na změřených převodních charakteristikách vyznačíme pracovní oblast P1 P (lineární část převodní charakteristiky) a R U pro ni ověříme platnost vztahu pro napěťové zesílení A u. Určíme velikost výstupních saturačních napětí U sat+ a U sat-. Typický průběh převodní charakteristiky U = f (U 1 ) je na obr..

3 P1 U Usat+ U Usat- P obr. II. Měření neinvertujícího zapojení zesilovače s OZ (OZ - operační zesilovač). Změřte stejnosměrnou převodní charakteristiku U = f (U 1 ) neinvertujícího zesilovače s OZ typu OP1 (RC modul OPERATIONAL AMPLIFIER) pro obě polarity vstupního ss signálu a dvě hodnoty R = 0 k R a R = 10 k, ověřte platnost vztahu pro výpočet napěťového zesílení A u 1, určete hodnoty výstupního saturačního napětí U sat+ a U sat-. Pokyny pro měření: 1. Schéma zapojení pro měření převodní charakteristiky U = f (U 1 ) neinvertujícího zesilovače je na obr.. R +1V (1) OZ () + = - ZD V V1 R -1V Napájecí napětí +1V/ -1V OZ je generováno měničem DC/DC uvnitř bloku z +V U V V obr. ZD regulovatelný zdroj ss napětí U 1 V1 multimetr M900 V multimetr M900 OZ - modul OPERATIONAL AMPLIFIER s OP1 dvou kolíkový rezistor 0k R odporová dekáda R DECADE R dvou kolíkový rezistor 1M

4 . Na odporové dekádě R nastavíme postupně hodnotu R = 0 k a R = 10 k, vstupní napětí U 1 nastavujeme na zdroji ZD od V do +V s krokem 0,V (údaj voltmetru V1) a odečítáme výstupní napětí U (údaj voltmetru V). Na změřených převodních charakteristikách vyznačíme pracovní oblast P1 P (lineární část převodní charakteristiky) a pro ni ověříme R U platnost vztahu pro napěťové zesílení A u 1. Určíme velikost výstupních saturačních napětí U sat+ a U sat-. Typický průběh převodní charakteristiky U = f (U 1 ) je na obr.. U P Usat+ U Usat- P1 obr. B. Použité přístroje a pomůcky a. Regulovaný zdroj stejnosměrného napětí b. x multimetr M900 c. modul Operation amplifier s OP1 d. odporová dekáda R DECADE e. rezistor 1M, 0k C. Postup měření Měření invertujícího zapojení zesilovače s OZ Zapojili jsme obvod dle schématu Napětí na ZD jsme nastavovali v rozsahu od - V do V s krokem 0, Pro každou tuto hodnotu jsme měnili odpor na rezistoru a to v hodnotách 0 a 10 kω Měření neinvertujícího zapojení zesilovače s OZ Zapojíme obvod dle schématu Na odporové dekádě R nastavujeme postupně hodnoty 0 kω a 10kΩ Vstupní napětí nastavujeme za ZD od -V do V s krokem 0,

5 D. Naměřené hodnoty U 1 [V] INVERTUJÍCÍ NEINVERTUJÍCÍ U [V], R 1 = 0 kω U [V], R = 10 kω U [V], R 1 = 0 kω U [V], R = 10 kω -,0 1, 1,1-1, -1, -, 1, 1,1-1, -1, -,0 11,9 1,1-1, -1, -, 10, 1,1-1,9-1, -,0 9,0 1, -11, -1, -,, 1, -9,9-1, -,0,0 11,99 -,9-1,01-1,, 9,00 -, -10, -1,0,0,0 -,10 -,0-0, 1,,9 -,0 -,9 0,0 0,00 0,00 0,00 0,00 0, -1,1 -, 1,9, 1,0 -,00 -,,0,09 1, -, -9,0,0 10,1,0 -,9-11,,9 1,9, -,9-1, 10,0 1,9,0 -, -1, 1, 1,0, -10, -1, 1,90 1,0,0-11,9-1, 1, 1,0, -1, -1, 1,1 1,0,0-1, -1, 1,1 1,0 Saturační napětí U SAT +=1,1 V U SAT +=1,0 V U SAT -=-1, V U SAT -=-1, V E. Výpočty Invertující: I. R = 0kΩ Naměřené hodnoty: U 1 = 10 V U = 9, V P1 = [ -; 1,9] P = [ ; -1,9] A U = ΔU /ΔU 1 = 9,/10=,9 U sat+ = 1,9 V U sat- = -1,9V Vypočtené hodnoty: A U =- (R /R 1 ) = -(0k/0k) = - I. R = 10kΩ Naměřené hodnoty: U 1 = 10 V U = 9, V P1 = [ -; 1,9] P = [,; -1,9] A U = ΔU /ΔU 1 = 9,/, =, U sat+ = 1,9 V U sat- = -1,9 V Vypočtené hodnoty: A U = - (R /R 1 ) = -(10k/0k) = -

6 Neinvertující: II. R = 0kΩ Naměřené hodnoty: U 1 = V U = V P1 = [-,; -1] P = [,; 1] A U = ΔU /ΔU 1 = / = U sat+ = 1 U sat- = -1 Vypočtené hodnoty: A U = 1+ (R /R 1 ) = 1+ (0k/0k) = II. R = 10kΩ Naměřené hodnoty: U 1 = U = P1 = [ -; -1] P = [ ; 1] A U = ΔU /ΔU 1 = / = U sat+ = 1 U sat- = -1 Vypočtené hodnoty: A U =1+ (R /R 1 ) = 1+ (10k/0k) = 1 + = F. Grafy Invertující zapojení - R = 0 kω 1 1 U [V] [V] -, - -, - -, - -, - -1, -1-0, , 1 1,,,,,

7 Invertující zapojení - R = 10 kω U [V] [V] , - -, - -, - -, - -1, -1-0, 0 0, 1 1,,,,, Neinvertující zapojení - R = 0 kω U [V] [V] -, - -, - -, - -, - -1, -1-0, 0 0, 1 1,,,,,

8 Neinvertující zapojení - R = 10 kω 1 1 U [V] , - -, - -, - -, - -1, -1 0 [V] -0,-1 0 0, 1 1,,,,, G. Závěr Výpočet dokázal, že teoreticky vypočtené zesílení je přibližně shodné se zesílením vypočteným z naměřených hodnot napětí. Drobná odchylka byla způsobena nepřesností přístrojů, okolním prostředím a nepřesným měřením obecně. U invertujícího zapojení jsme měřením zjistili, že velikost saturačních napětí je: U sat+ = 1,1 V a U sat- = -1,V. Velikosti napěťového zesílení by se měli shodovat měly by se lišit jen ve znaménku, což je způsobeno, tím že ve vzorci máme - (R/) = ΔU/Δ, kde znaménko mínus je pouze u dělení odporů, kdežto u delt napětí není. Výsledné hodnoty jsou ale nepřesné, což je zapříčiněno nepřesností měřících přístrojů a měřením samotným. Grafy jsou zkreslené chybou měření. U neinvertujícího zapojení jsme měřením zjistili, že velikost saturačních napětí je: U sat+ = 1,0 V a U sat- = -1, V. Velikosti napěťového zesílení by se měli shodovat měly by se opět lišit jen ve znaménku, což je způsobeno, tím že ve vzorci máme - (R/) = ΔU/Δ, kde znaménko mínus je pouze u dělení odporů, kdežto u delt napětí není. Výsledné hodnoty jsou ale nepřesné, což je zapříčiněno nepřesností měřících přístrojů a měřením samotným. Grafy jsou zkreslené chybou měření.