- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

Transkript

1 RIEDL 4.EB 10 1/6 1. ZADÁNÍ a) Změřte frekvenční charakteristiku operačního zesilovače v invertujícím zapojení pro růžné hodnoty zpětné vazby (1, 10, 100, 1000kΩ). Vstupní napětí volte tak, aby nedošlo k omezení výstupního signálu vlivem saturace operačního zesilovače. b) Ověřte platnost vztahu pro výpočet napěťového zesílení A u. c) Ověřte vzájemnou vazbu mezi šířkou pásma a velikostí zpětné vazby. d) Naměřené frekvenční charakteristiky zobrazte graficky na semilogaritmický papír. 2. POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚT Měřeným předmětem je operační zesilovač MC1458. Integrovaný obvod tohoto typu obsahuje dva operační zesilovače. Je napájen symetrickým napájením +15V a -15V. 3. TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENOHO PŘEDMĚT Měřeným předměte je operační zesilovač. Operační zesilovače dnes patří k nejpoužívanějším elektronickým součástkám. Pod pojmem operační zesilovač se rozumí stejnosměrný širokopásmový zesilovač s velmi vysokým zesílením, zvolením vhodné zpětné vazby nám umožňuje realizovat různé přenosové funkce. Parametry ideálního operačního zesilovače jsou: A = nekonečno, R vst = nekonečno, R výst = 0. Napětí na výstupu zesilovače nemůže přesáhnout velikost napájecího napětí. Frekvenční charakteristika nám udává šířku pásma, při kterém může operační zesilovač pracovat. ideálního operačního zesilovače je šířka pásma nekonečně velká. Z vnitřního zapojení operačního zesilovače je dáno, že se šířka pásma bude zmenšovat se zvětšujícím se zesílením. 3.2 ROZBOR MĚŘÍCÍ METODY Při měření frekvenční charakteristiky měříme vstupní a výstupní napětí při různých kmitočtech, při čemž vstupní napětí udržujeme konstantní a měříme výstupní napětí. Pro grafické znázornění potřebujeme vypočítat napěťový zisk. Napěťový zisk po té vypočteme podle vztahu: A u 20log 2 1 Kde A u je napěťový zisk, 2 je výstupní napětí zesilovače a 1 je vstupní napětí zesilovače.

2 RIEDL 4.EB 10 2/6 4. SCHÉMA ZAPOJENÍ R 2 + cc C 1 G R C 2 A B V 1 V 2 - cc G generátor frekvence R 1 odpor v přímé větvi R 2 odpor ve zpětné vazbě C 1, C 2 kondenzátory + cc, - cc svorky symetrického napájení V 1 nízkofrekvenční voltmetr V 2 nízkofrekvenční voltmetr A, B vstupy osciloskopu 5. POSTP MĚŘENÍ a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení b) Do zpětné vazby operačního zesilovače připojte požadovaný odpor c) Nastavte požadované vstupní napětí d) Přečtěte napětí na vstupu zesilovače a zapište jej do tabulky e) Nastavte požadovaný kmitočet na generátoru, pokud se změnilo vstupní napětí, nastavte jej zpátky na požadovanou hodnotu. f) Přečtěte napětí na výstupu operačního zesilovače a zapište jej do tabulky. g) Pokračujte pro další požadovanou hodnotu kmitočtu od bodu e). Pokud jste již změřili výstupní napětí pro všechny požadované kmitočty, pokračujte následujícím bodem. h) Do zpětné vazby operačního zesilovače vložte další požadovaný odpor a pokračujte od bodu c).

3 RIEDL 4.EB 10 3/6 6. TABLKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tabulka č.1 Frekvenční charakteristika s odporem ve zpětné vazbě 1kΩ f (Hz) (V) (V) A u (db) f (Hz) (V) (V) A u (db) f (khz) (V) (V) ,6 2,18 A u (db) ,24-2,77 f (khz) (V) (V) 1,79 1,48 1,234 1,02 0,846 0, A u (db) -4,49-6,14-7,72-9,37-10,99-43, Tabulka č.2 Frekvenční charakteristika s odporem ve zpětné vazbě 10kΩ f (Hz) (V) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 2 (V) A u (db) f (Hz) (V) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 2 (V) A u (db) f (khz) (V) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 2 (V) ,7 5,26 3,81 A u (db) ,7 15,3 12,5 f (khz) (V) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 2 (V) 2,84 2,26 1,89 1,5 1, ,82 A u (db) 9,98 7,99 6,44 4,44 3,05 0,92-0,81 f (khz) (V) 0, (V) 0, A u (db)

4 RIEDL 4.EB 10 4/6 Tabulka č.3 Frekvenční charakteristika s odporem ve zpětné vazbě 100kΩ f (Hz) (mv) (V) A u (db) f (Hz) (mv) (V) A u (db) f (khz) (mv) (V) 8,8 8,7 8,3 8,1 7,6 7,2 6,81 A u (db) 39,8 39,7 39,3 39,1 38,5 38,1 37,6 f (khz) (mv) (V) 6,4 6 3,5 2,5 1,9 1,5 1,25 A u (db) 37 36,5 31,8 28,9 26,5 24,4 22,9 f (khz) (mv) (V) 1,07 0,93 0,8 0,64 0, A u (db) 21,5 20, , Tabulka č.4 Frekvenční charakteristika s odporem ve zpětné vazbě 1000kΩ f (Hz) (mv) (V) 8,82 8,82 8,82 8,82 8,82 8,82 8,82 A u (db) 59,8 59,8 59,8 59,8 59,8 59,8 59,8 f (Hz) (mv) (V) 8,82 8,82 8,7 8,5 8,3 7,93 7,72 A u (db) 59,8 59,8 59,7 59,5 59,3 58,9 58,7 f (Hz) (mv) (V) 7,48 7,24 6,87 6,55 4,3 3,16 2,37 A u (db) 58,4 58,1 57,7 57,2 53,6 50,9 48,4 f (khz) (mv) (V) 1,94 1,67 1,39 1,23 1,09 0,98 0,5 A u (db) 46,7 45,4 43,8 42,7 41,7 40,7 34,9

5 RIEDL 4.EB 10 5/6 f (khz) (mv) (V) 0,34 0,29 0,24 0,21 0,16 0,14 0,13 A u (db) 31,5 30,2 28,5 27, ,8 23,2 7. VÝPOČTY Výpočet napěťového zisku: A u 20log 2 1 Například: 2 9 A u 20log 20log 40dB 0, GRAFY Viz příloha 9. SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Zkratka Název a typ přístroje Výrobní číslo G Generátor kmitočtu ESCORT EGC V 1 Nízkofrekvenční voltmetr GDM-8145 C V 2 Nízkofrekvenční voltmetr GDM-8145 CF A, B Osciloskop OS KADET-II TM ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit frekvenční charakteristiku operačního zesilovače pro různé hodnoty zpětné vazby. Měření probíhalo v pořádku a bez problémů. Předpokládané napěťové zesílení podle zpětné vazby bylo pro všechny zpětné vazby kromě 1000kΩ přesně takové, jaké bylo nastaveno, v případě zpětné vazby 1000kΩ, což znamená zesílení 1000, zesílení však bylo pouze 980. Z teoretického rozboru vyplývá, že šířka pásma se se zvětšujícím se zesílením zmenšuje, toto je potvrzeno naměřenými hodnotami i výslednými grafy.

6 RIEDL 4.EB 10 6/6 Frekvenční charakteristiky operačního zesilovače A u (db) 40 R 2 = 1000kΩ R 2 = 100kΩ 20 R 2 = 10kΩ 0 R 2 = 1kΩ f (Hz)