Zastosowania wzmacniaczy operacyjnych



Pobieranie 428,85 Kb.
Strona1/8
Data06.02.2018
Rozmiar428,85 Kb.
  1   2   3   4   5   6   7   8


Ćwiczenie 28

ZASTOSOWANIA WZMACNIACZY OPERACYJNYCH



1. Cel ćwiczenia
Celem niniejszego ćwiczenia jest prezentacja pewnych wybranych zastosowań wzmacniaczy operacyjnych, powszechnie używanych we współczesnych elektronicznych układach analogowych.

Wzmacniacze operacyjne stosuje się obecnie we wszystkich nowoczesnych układach elektronicznych. Gwałtowny wzrost zainteresowania wzmacniaczami operacyjnymi nastąpił po wprowadzeniu w latach siedemdziesiątych do produkcji masowej, monolitycznych układów scalonych o bardzo dobrych właściwościach i niskiej cenie.

Różnorodność funkcji realizowanych przy użyciu współczesnych wzmacniaczy operacyjnych jest, praktycznie biorąc, nieograniczona. Oprócz typowych funkcji dla zastosowań wzmacniacza operacyjnego w komputerach analogowych (podstawowe operacje arytmetyczne oraz logarytmowanie, całkowanie i różniczkowanie) należy wymienić inne zastosowania tego układu, np.:


  • ograniczniki napięciowe,

  • układy porównujące (komparatory),

  • prostowniki liniowe,

  • przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe,

  • generatory przebiegów prostokątnych, trójkątnych i sinusoidalnych,

  • filtry aktywne.


2. Wprowadzenie do wzmacniaczy operacyjnych

2.1 Wiadomości wstępne
Wzmacniacz operacyjny jest wzmacniaczem charakteryzującym się bardzo dużym wzmocnieniem i przeznaczonym z reguły do pracy w układzie z zewnętrznym obwodem ujemnego sprzężenia zwrotnego. Właściwości tego obwodu decydują w głównej mierze o właściwościach całego układu.

Większość wzmacniaczy operacyjnych ma symetryczne (różnicowe) wejścia i niesymetryczne wyjście. Na rys.2.1 pokazano powszechnie stosowany symbol takiego wzmacniacza.



Rys. 2.1. Symbol wzmacniacza operacyjnego.

Zacisk WE1 oznaczony „-” nasi nazwę wejścia odwracającego, ponieważ sygnał wyjściowy jest odwrócony w fazie o 180 względem sygnału przyłożonego do tego wejścia.

Zacisk WE2 oznaczony „+” jest wejściem nieodwracającym, ponieważ sygnał wyjściowy jest w fazie z sygnałem doprowadzonym do tego wejścia.
Wzmacniacz operacyjny może pracować w układzie o wejściu niesymetrycznym, jeżeli sygnał wejściowy poda się na jedno z dwóch wejść WE1 lub WE2 (sygnał przyłączony jest pomiędzy zaciskiem wejściowym, a masą przy drugim zacisku dołączonym do masy). W układzie o wejściu symetrycznym sygnał wejściowy doprowadza się między wejścia WE1 i WE2 wzmacniacza. Sygnał taki nazywa się sygnałem różnicowym.

Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do wartości sygnału różnicowego, czyli do różnicy napięć wejściowych zgodnie z zależnością:



gdzie:

UWE1, UWE2 - napięcia wejściowe,

UWY - napięcie wyjściowe,

Ud - różnicowe napięcie wejściowe,

AU - wzmocnienie napięciowe wzmacniacza z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego (wzmocnienie różnicowe).
Ważną właściwością wzmacniacza operacyjnego, (dalej skrótowo oznaczanego WO) jest to, że sygnał na wyjściu powinien być równy zeru, gdy na obu wejściach występują jednakowe sygnały względem masy. Jednakowy sygnał podany na oba wejścia jest nazywany sygnałem wspólnym (współbieżnym). Mówi się, że WO tłumi sygnał wspólny.

2.2. Charakterystyka przenoszenia

Na rys. 2.2. przedstawiono charakterystykę przenoszenia WO z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego oraz podstawowy układ do pomiaru tej charakterystyki.




Rys. 2.2. Charakterystyka przenoszenia wzmacniacza operacyjnego.

Na tej charakterystyce można wyróżnić 3 zakresy pracy WO: zakres pracy liniowej i 2 zakresy nasycenia. W zakresie pracy liniowej napięcie wyjściowe jest określone wzorem:



W zakresie nasycenia napięcie wyjściowe przyjmuje dodatnią, albo ujemną wartość napięcia nasycenia, które jest zwykle mniejsze co do wartości bezwzględnej, o 1 do 2V od napięcia zasilania. Zakres liniowości WO pracującego bez sprzężenia zwrotnego jest bardzo mały. Przykładowo, gdy WO ma napięcie nasycenia rzędu 10V, a wzmocnienie AU wynosi 100000V/V, wówczas zakres liniowości napięcia wejściowego znajduje się w przedziale 0,1mV.

Po przekroczeniu zakresu liniowości WO przechodzi do stanu nasycenia. Napięcie wyjściowe WO powinno być równe zeru przy zerowej różnicy napięć wejściowych (UWE=0).

W rzeczywistości występuje w tej sytuacji pewne napięcie, nazywane wyjściowym napięciem niezrównoważenia.

Na rys. 2.2. linią przerywaną przedstawiono charakterystykę przenoszenia dla przypadku, gdy wyjściowe napięcie niezrównoważenia jest większe od zera (UWY>0). Nowoczesne WO posiadają możliwość prostej kompensacji wyjściowego napięcia niezrównoważenia poprzez doprowadzenie do wejścia różnicowego, odpowiedniej wartości napięcia - takiej, aby uzyskać zerową wartość napięcia na wyjściu. W praktyce, kompensacja ta odbywa się za pomocą potencjometru P dołączonego do specjalnie wyprowadzonych końcówek wzmacniacza, jak to pokazano na rys. 2.3.


Rys. 2.3. Kompensacja (równoważenie, zerowanie) napięcia niezrównoważenia WO A 741 (a) i rozmieszczenie jego końcówek (b)




  1   2   3   4   5   6   7   8


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna