Vysoká škola báňská – Technická universita Ostrava
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
Měření vlastností střídavého zesilovače
Datum měření:
Datum odevzdání:
Skupina ve cvičení:
Učitel:
Tento protokol vypracoval
Jméno: Jiří Znoj
Login: ZNO0011
Email: [email protected]
15. 11. 2011
22. 11. 2011
16:00 – 17:30
Ing. Lukáš Paulinský
Na měření spolupracoval
Jméno: Dluhoš Jan
Login: DLU0023
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
A. Zadání úlohy
I. Měření invertujícího zapojení zesilovače s OZ (OZ - operační zesilovač).
Změřte stejnosměrnou převodní charakteristiku U2 = f (U1) invertujícího zesilovače s OZ typu OP132
(RC modul OPERATIONAL AMPLIFIER) pro obě polarity vstupního ss signálu a dvě hodnoty R2 = 60 k
R
a R2 = 120 k, ověřte platnost vztahu pro výpočet napěťového zesílení Au   2 , určete hodnoty
R1
výstupního saturačního napětí U2sat+ a U2sat-.
Pokyny pro měření:
1. Schéma zapojení pro měření převodní charakteristiky U2 = f (U1) invertujícího zesilovače je na
obr. 1.
R2
(1)
+15V
R1
(2)
+
OZ
=
ZD
V
V1
U1
-15V
-
U2
V
V2
Napájecí napětí +15V/ -15V OZ
je generováno měničem DC/DC
uvnitř bloku z +5V
obr. 1
ZD – regulovatelný zdroj ss napětí U1
V1 – multimetr M3900
V2 – multimetr M3900
OZ - modul OPERATIONAL AMPLIFIER s OP132
R1 – dvou kolíkový rezistor 20k
R2 – odporová dekáda R DECADE 2
2. Na odporové dekádě R2 nastavíme postupně hodnotu R2 = 60 k a R2 = 120 k, vstupní
napětí U1 nastavujeme na zdroji ZD od –5V do +5V s krokem 0,5V (údaj voltmetru V1) a
odečítáme výstupní napětí U2 (údaj voltmetru V2). Na změřených převodních
charakteristikách vyznačíme pracovní oblast P1 – P2 (lineární část převodní charakteristiky) a
R
U 2
pro ni ověříme platnost vztahu pro napěťové zesílení Au   2 
. Určíme velikost
R1 U 1
výstupních saturačních napětí U2sat+ a U2sat-. Typický průběh převodní charakteristiky U2 = f
(U1) je na obr. 2.
2
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
U2
P1
U2sat+
U1
U2
U2satP2
U1
obr. 2
II. Měření neinvertujícího zapojení zesilovače s OZ (OZ - operační zesilovač).
Změřte stejnosměrnou převodní charakteristiku U2 = f (U1) neinvertujícího zesilovače s OZ typu OP132
(RC modul OPERATIONAL AMPLIFIER) pro obě polarity vstupního ss signálu a dvě hodnoty R 2 = 60 k
R
a R2 = 120 k, ověřte platnost vztahu pro výpočet napěťového zesílení Au  1  2 , určete hodnoty
R1
výstupního saturačního napětí U2sat+ a U2sat-.
Pokyny pro měření:
1. Schéma zapojení pro měření převodní charakteristiky U2 = f (U1) neinvertujícího
zesilovače je na obr. 3.
R2
+15V
(2)
(1)
OZ
+
-15V
=
ZD
V
V1
U1
R3
R1
-
U2
V
V2
Napájecí napětí +15V/ -15V OZ
je generováno měničem DC/DC
uvnitř bloku z +5V
obr. 3
ZD – regulovatelný zdroj ss napětí U1
V1 – multimetr M3900
V2 – multimetr M3900
OZ - modul OPERATIONAL AMPLIFIER s OP132
R1 – dvou kolíkový rezistor 20k
R2 – odporová dekáda R DECADE 2
R3 – dvou kolíkový rezistor 1M
3
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
2. Na odporové dekádě R2 nastavíme postupně hodnotu R2 = 60 k a R2 = 120 k, vstupní
napětí U1 nastavujeme na zdroji ZD od –5V do +5V s krokem 0,5V (údaj voltmetru V1) a
odečítáme výstupní napětí U2 (údaj voltmetru V2). Na změřených převodních charakteristikách
vyznačíme pracovní oblast P1 – P2 (lineární část převodní charakteristiky) a pro ni ověříme
R
U 2
platnost vztahu pro napěťové zesílení Au  1  2 
. Určíme velikost výstupních
R1 U 1
saturačních napětí U2sat+ a U2sat-. Typický průběh převodní charakteristiky U2 = f (U1) je na obr. 4.
U2
P2
U2sat+
U2
U1
U2satP1
U1
obr. 4
B. Použité přístroje a pomůcky
a.
b.
c.
d.
e.
Regulovaný zdroj stejnosměrného napětí
2x multimetr M3900
modul Operation amplifier s OP132
odporová dekáda R DECADE 2
rezistor 1M, 20k
C. Postup měření
Měření invertujícího zapojení zesilovače s OZ
 Zapojili jsme obvod dle schématu
 Napětí na ZDR1 jsme nastavovali v rozsahu od -5 V do 5 V s krokem 0,5
 Pro každou tuto hodnotu jsme měnili odpor na rezistoru a to v hodnotách 60 a 120 kΩ
Měření neinvertujícího zapojení zesilovače s OZ
 Zapojíme obvod dle schématu
 Na odporové dekádě R2 nastavujeme postupně hodnoty 60 kΩ a 120kΩ
 Vstupní napětí U1 nastavujeme za ZDR1 od -5V do 5 V s krokem 0,5
4
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
D. Naměřené hodnoty
INVERTUJÍCÍ
U2[V], R1 = 60 kΩ
U2[V], R2 = 120 kΩ
13,82
13,71
13,46
13,71
11,94
13,71
10,44
13,71
9,02
13,75
7,42
13,88
6,06
11,99
4,48
9,00
3,06
6,02
1,46
2,94
0,00
0,00
-1,51
-3,32
-3,00
-6,22
-4,48
-9,07
-5,97
-11,88
-7,49
-14,63
-8,88
-14,63
-10,48
-14,63
-11,95
-14,63
-13,52
-14,63
-14,63
-14,63
U1[V]
-5,0
-4,5
-4,0
-3,5
-3,0
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
NEINVERTUJÍCÍ
U2[V], R1 = 60 kΩ
U2[V], R2 = 120 kΩ
-14,63
-14,63
-14,63
-14,63
-14,63
-14,63
-13,97
-14,63
-11,83
-14,63
-9,92
-14,64
-7,94
-14,01
-6,27
-10,43
-4,10
-7,04
-2,05
-3,59
0,00
0,00
1,96
3,65
4,08
7,09
6,02
10,51
7,96
13,92
10,03
13,79
12,25
13,70
13,90
13,70
13,77
13,70
13,71
13,70
13,71
13,70
Saturační napětí
U2SAT+=13,71 V
U2SAT-=-14,63 V
|
|
U2SAT+=13,70 V
U2SAT-=-14,63 V
E. Výpočty
Invertující:
I. R2 = 60kΩ
Naměřené hodnoty:
∆ U1 = 10 V
∆U2 = 29,8 V
P1 = [ -5; 14,9]
P2 = [ 5; -14,9]
AU = ΔU2/ΔU1 = 29,8/10= 2,98
U2sat+ = 14,9 V
U2sat-= -14,9V
Vypočtené hodnoty:
AU =- (R2/R1) = -(60k/20k) = -3
I. R2 = 120kΩ
Naměřené hodnoty:
∆ U1 = 10 V
∆U2 = 29,8 V
P1 = [ -3; 14,9]
P2 = [ 2,5; -14,9]
AU = ΔU2/ΔU1 = 29,8/5,5 = 5,42
U2sat+ = 14,9 V
U2sat-= -14,9 V
Vypočtené hodnoty:
AU = - (R2/R1) = -(120k/20k) = -6
5
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
Neinvertující:
II. R2 = 60kΩ
Naměřené hodnoty:
∆ U1 = 7 V
∆U2 = 28 V
P1 = [-3,5; -14]
P2 = [ 3,5; 14]
AU = ΔU2/ΔU1 = 28/7 = 4
U2sat+ = 14
U2sat-= -14
Vypočtené hodnoty:
AU = 1+ (R2/R1) = 1+ (60k/20k) = 4
II. R2 = 120kΩ
Naměřené hodnoty:
∆ U1 = 4
∆U2 = 28
P1 = [ -2; -14]
P2 = [ 2; 14]
AU = ΔU2/ΔU1 = 28/4 = 7
U2sat+ = 14
U2sat-= -14
Vypočtené hodnoty:
AU =1+ (R2/R1) = 1+ (120k/20k) = 1 + 6 = 7
F. Grafy
Invertující zapojení - R2 = 60 kΩ
16
15 U2 [V]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1 0 0,5 1
-5,5 -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
U1 [V]
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
Invertující zapojení - R2 = 120 kΩ
16
15 U2 [V]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-5,5 -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
U1 [V]
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
3,5
4
4,5
5
5,5
Neinvertující zapojení - R2 = 60 kΩ
16
15 U2 [V]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-5,5 -5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5-1 0 0,5 1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
1,5
2
2,5
3
U1 [V]
5
5,5
7
Jiří Znoj – ZNO0011
Základy elektroniky – ZEL
Laboratorní úloha č. 8
19. 11. 2011
Neinvertující zapojení - R2 = 120 kΩ
-5,5
-5
-4,5
-4
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
16
15 U2 [V]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-0,5-1 0 0,5 1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
1,5
2
2,5
3
3,5
4
U1 [V]
4,5
5
5,5
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:
U2sat+ = 13,71 V a U2sat- = -14,63V. Velikosti napěťového zesílení by se měli shodovat – měly by se lišit jen ve
znaménku, což je způsobeno, tím že ve vzorci máme - (R2/R1) = ΔU2/ΔU1, 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:
U2sat+ = 13,70 V a U2sat- = -14,63 V. Velikosti napěťového zesílení by se měli shodovat – měly by se opět lišit jen ve
znaménku, což je způsobeno, tím že ve vzorci máme - (R2/R1) = ΔU2/ΔU1, 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.
8
Download

Měření vlastností střídavého zesilovače