Instrukcja do ćwiczenia



Pobieranie 1,65 Mb.
Strona1/14
Data12.12.2017
Rozmiar1,65 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY



INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA


Stanowisko do badania i symulacji podstawowych parametrów pracy wzmacniaczy pomiarowych.


Częstochowa 2004


1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów ze wzmacniaczami pomiarowymi ich budową, zasadą działania, zastosowaniami oraz pomiar ich podstawowych parametrów poprzez symulowanie układów przy pomocy programu komputerowego. Do tego celu użyto programu symulacyjnego PSpice student.
2. Wiadomości wstępne.
Wzmacniacze operacyjne są obecnie najczęściej stosowanymi elementami we wszelkiego rodzaju układach analogowych, można nawet zaryzykować stwierdzenie, że są one fundamentem współczesnej elektroniki analogowej.

Podczas dokonywania wielu pomiarów, bardzo często sygnał niosący informację pomiarową występuje w obecności zakłóceń. Dlatego też pomiędzy sensorem (czujnikiem) a np. torem przetwornika A/C umieszcza się dodatkowy tor wstępnej obróbki sygnału, którego zadaniem jest wyselekcjonowanie z zakłóceń użytecznego sygnału i standaryzację jego poziomu do wymagań toru przetwornika.

Nieodzownym elementem takiego toru, obok układów filtrów jest układ wzmacniacza pomiarowego, będącego najczęściej specjalnym rozwiązaniem układu wzmacniacza różnicowego, charakteryzującego się dużym wzmocnieniem dla sygnału różnicowego UR pomiędzy jego wejściami oraz silnym tłumieniem składowej współbieżnej UW pojawiającej się jednocześnie na obu wejściach wzmacniacza.

3. Podstawowe rodzaje wzmacniaczy operacyjnych.
Idealny wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się bardzo dużym (dążącym do nieskończoności) wzmocnieniem napięciowym (K­­­­u→∞), nieskończenie wielką impedancję wejściową (Zwe→∞), impedancję wyjściową równą zero (Zwy→0) i nieskończenie szerokim pasmem przenoszenia.

Rzeczywisty wzmacniacz operacyjny scalony zawiera w swojej strukturze rys.3.1. źródło prądowe, wzmacniacze różnicowe zrównoważone (przeważnie dwa stopnie), wtórnik emiterowy układ przesuwania poziomu napięcia stałego i stopień wyjściowy.





Rys. 3.1. Schemat blokowy wzmacniacza operacyjnego rzeczywistego


Niektóre zastosowania wymagają niskiej wartości wejściowego napięcia niezrównoważenia (napięcia offsetu) tj. napięcia, jakie trzeba przyłożyć między wejściami, aby zniwelować niesymetrię wejściowego stopnia wzmacniacza, a także małej wartości współczynnika cieplnego wejściowego napięcia niezrównoważenia. Aby spełnić szczególnie ostre wymagania dotyczące tych właściwości, zbudowano wzmacniacz z przetwarzaniem. Napięcie wejściowe jest zamieniane przez przełącznik analogowy na ciąg impulsów o dużej częstotliwości, a kondensator podtrzymuje przebieg w czasie między próbkowaniami. Technika przetwarzania umożliwia osiągnięcie wartości napięcia niezrównoważenia rzędu ok. 1µV. Dryft temperaturowy napięcia jest również bardzo mały i wynosi 0,05µV / stopni C. Technikę przetwarzania używa się głównie dla sygnałów stałoprądowych lub wolnozmiennych.
Różnorodność zastosowań wzmacniaczy operacyjnych powoduje, że na świecie produkuje się kilkadziesiąt podstawowych ich typów o parametrach optymalizowanych pod względem ich zastosowań. Można je sklasyfikować w następujących podstawowych grupach:

    • ogólnego przeznaczenia (np. μA 709, μA 741)

    • szerokopasmowe (tzw. szybkie, np. μA 715, AD 509)

    • do zastosowań dokładnych (o dużej rezystancji wejściowej, małe dryfy i szumy, np. μA 777, LM 108, CA 3130, AD 504)

    • do zastosowań specjalnych (technika kosmiczna, biomedycyna, np. μA 735, AD 515)

Wzmacniacze operacyjne ogólnego przeznaczenia konstruuje się na zasadzie kompromisu dążąc do uzyskania możliwie najlepszych wszystkich istotnych parametrów. Natomiast podczas projektowania wzmacniaczy specjalnych kładzie się nacisk na jakość jednego lub kilku wybranych parametrów, przy gorszych pozostałych.


Rodzaje wzmacniaczy specjalnych:

  • precyzyjne

  • szybkie

  • superszybkie

  • o szczególnie małych prądach wejściowych

  • niskoszumowe

  • o zwiększonej wydajności wyjścia.


3.1. Wzmacniacz odwracający.
Najprostszym układem pracy wzmacniacz operacyjnego jest wzmacniacz odwracający fazę sygnału wejściowego. Układ ten umożliwia łatwe wyjaśnienie działania mechanizmu sprzężenia zwrotnego i zrozumienie zasad i metod stosowanych podczas analizy i praktycznej realizacji układów ze wzmacniaczami operacyjnymi. Zasady te są związane z idealizacją samych wzmacniaczy operacyjnych, pojmowanych jako urządzenia o bardzo dużych wartościach (niemal nieskończonych) wzmocnienia i rezystancji wejściowej oraz o nieskończenie małej wartości rezystancji wyjściowej i małych sygnałach niezrównoważenia.


Rys 3.2. Wzmacniacz odwracający


W celu jakościowego zbadania układu zakładamy, że napięcie wejściowe wzrasta od zera do pewnej dodatniej wartości Uwe. Wówczas UN przyjmuje wartość

(3.1)

Ponieważ w pierwszej chwili Uwy jest jeszcze równe zeru. Napięcie różnicowe U­R jest więc ujemne. Ze względu na duże wzmocnienie kuf napięcie wyjściowe gwałtownie maleje do wartości ujemnych, wskutek czego maleje UN. Napięcie na wyjściu zmienia się do chwili osiągnięcia na wejściu wartości zerowej.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna