Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Átírás

1 Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok. Mûveleti erõsítõk egyenáramú jellemzése és alkalmazásai. Elmélet Az erõsítõ fogalmát valamint az integrált mûveleti erõsítõk szerkezetét és viselkedését a. fejezetben tárgyaltuk (jegyzet és prezentáció). Ugyanott található számos egyszerû alkalmazás leírása. Számítási feladatokkal a táblagyakorlatokon találkoztak a hallgatók.. Leírás Ez a laboratóriumi gyakorlat során a hallgatók mûveleti erõsítõkkel megépített egyszerû áramkörök viselkedésével ismerkednek meg. A feldolgozandó jelek egyenfeszültségek vagy alacsony frekvenciás váltakozó feszültségek, amelyeknél nem jutnak kifejezésre a mûveleti erõsítõ sebességkorlátai.. Szimuláció A mérések elõtt számítógépes szimulációval vizsgáljuk meg az áramkörök viselkedését. Az LTspice szoftver könyvtárában (...LTspiceIV\lib\sym\Opamps\) számos mûveleti erõsítõ modellje megtalálható (elsõsorban a Linear Technology cég gyártmányai), de választhatók bizonyos általános modellek is, pl. UniversalOpamp, amelynek viselkedését a következõ paraméterekkel írták le: Avol=Meg GBW=0Meg Slew=0Meg en=0 enk=0 in=0 ink=0 Rin=00Meg ilimit=m rail=0 Vos=0 phimargin=.. Invertáló erõsítõ alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet! Miért van levágva a kimenõ jel csúcsa?.. Nem-invertáló erõsítõ alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet! Miért van levágva a kimenõ jel csúcsa?

2 .. Összegzõ erõsítõ alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet!.. Különbség-erõsítõ alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet!.. Integráló kapcsolás alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet! Vizsgálja ki, mi történik, ha nem állítjuk nullára a kondenzátor feszültségét a szimuláció

3 kezdetén! A kondenzátor kapacitását változtatva vezérelje az erõsítõ kimenetét telítésbe! Az R ellenállás ellenállásértékének csökkentésével idézze elõ a kimenõ jel exponenciális torzulását!..6 Differenciáló kapcsolás alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet! Vizsgálja ki, mi történik, ha nullára állítjuk az R ellenállás ellenállásértékét! A kondenzátor kapacitását változtatva vezérelje az erõsítõ kimenetét telítésbe!..7 Feszültségszabályozó kapcsolás alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jelet! Vizsgálja ki, mi történik, ha nullára állítjuk az C kondenzátor kapacitását! Rajzoltassa ki a mûveleti erõsítõ kimenetén fellépõ oszcillációt!

4 .. Adott DC átviteli karakterisztika megvalósítása alkalmazza az UniversalOpamp modellt! Végezze el a szimulációt, rajzoltassa ki a bemenõ és a kimenõ jel idõdiagramját! Rajzoltassa ki a kimenõ jelet a bemenõ jel függvényében! Írja fel a V OUT =f(v, V ) képletet!. Felszerelés a mérésekhez. Próbapanel. Kétcsatornás digitális oszcilloszkóp. Jelgenerátor. Digitális multiméter. Tápegység. Különbözõ mûveleti erõsítõk és RC alkatrészek. Mérések Ebben a lépésben a hallgatók mérésekkel ellenõrzik az elméleti órákon hallottakat és a szimulációval kapott eredményeket. A jelek, amelyek elõfordulnak vagy egyenfeszültségek, vagy alacsony frekvenciás váltakozó feszültségek, amelyeknél a mûveleti erõsítõ magas frekvenciás torzításai nem jutnak kifejezésre... Invertáló erõsítõ Állítsa össze próbapanelon az alábbi áramkört! Írja fel a V O =f(v I ) képletet ideális mûveleti erõsítõ esetére! Az RP potenciométer elforgatásával állítsa be a táblázatban szereplõ V I értékeket! Minden egyes beállításnál mérje ki a V O feszültséget és írja be a táblázatba! A mért értékek alapján rajzolja meg a V O =f(v I ) diagramot! Mekkora maximális eltérést tapasztal a V O = 0 V I képlettel számított értékektõl?

5 +V +V C 0 RP -V R k7 R k7 R R M0 -V UA LM C -,0-0, -0,6-0, -0, 0 0, 0, 0,6 0,, , 0, 0,6 0,,0-0, -0, -0,6-0, -,0 Módosítsa az áramkört az alábbi ábra szerint! A bemenetre (V I ) kössön V amplitúdójú 00Hz frekvenciájú háromszögjelet a jelgenerátorból! Figyelje meg a bemenõ (V I ) és a kimenõ (V O ) jelet a kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével! Rajzolja át a kimenõ jelet az ábrára! Mi történik, ha a bemenõ jel amplitúdóját megnöveljük V-ra? +V C 0 R R M0 -V UA LM C Nem-invertáló erõsítõ Állítsa össze próbapanelon az alábbi áramkört! Írja fel a V O =f(v I ) képletet ideális mûveleti erõsítõ esetére! Az RP potenciométer elforgatásával állítsa be a táblázatban szereplõ V I értékeket. Minden egyes beállításra mérje ki a V O feszültséget és írja be a táblázatba! A mért értékek alapján rajzolja meg a V O =f(v I ) diagramot! Mekkora maximális eltérést tapasztal a V O =9, V I képlettõl?

6 +V R k7 +V C 0 RP R k7 -V R R M0 -V UA LM C -,0-0, -0,6-0, -0, 0 0, 0, 0,6 0,, , 0, 0,6 0,,0-0, -0, -0,6-0, -,0 Módosítsa az áramkört az alábbi ábra szerint! A bemenetre (V I ) kössön V amplitúdójú 00Hz frekvenciájú háromszögjelet a jelgenerátorból! Figyelje meg a bemenõ (V I ) és a kimenõ (V O ) jelet kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével! Rajzolja át a kimenõ jelet az ábrára! Mi történik, ha a bemenõ jel amplitúdóját megnöveljük V-ra? +V C 0 R R M0 -V UA LM C Összegzõ erõsítõ Állítsa össze próbapanelen az alábbi áramkört! Írja fel a V O =f(v I, V I ) képletet ideális mûveleti erõsítõ esetére! Az RP és RP potenciométerek elforgatásával állítsa be a táblázatban szereplõ V I, V I érték-kombinációkat! Minden egyes beállításra mérje ki a V O feszültséget és írja be a táblázatba! R7 R +V -V k7 RP k7 R R R6 +V -V k7 RP k7 R R 7k +V C UA LM C -V -,0 -,0 -,0,0,0,0 -,0,0 -,0,0 -,0,0

7 Módosítsa az áramkört az alábbi ábra szerint! Az egyik bemenetre (V I ) kössön V amplitúdójú 00Hz frekvenciájú háromszögjelet a jelgenerátorból! A másik bemeneten (V I ) az RP potenciométer segítségével állítsa be a -V, 0V, +V értékeket! Figyelje meg a bemenõ- (V I ) és a kimenõ (V O ) jelet kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével a megadott három esetre! Rajzolja át a kimenõ jeleket az ábrára! +V R +V C 0, RP -V R7 k7 R k7 R R 7k UA LM C -V Különbség-erõsítõ Állítsa össze próbapanelen az alábbi áramkört! Írja fel a V O =f(v I, V I ) képletet ideális mûveleti erõsítõ esetére! Az RP és RP potenciométerek elforgatásával állítsa be a táblázatban szereplõ V I, V I érték-kombinációkat! Minden egyes beállításra mérje ki a V O feszültséget és írja be a táblázatba! R7 R +V -V k7 RP k7 R R R6 +V -V k7 RP k7 R R R 7k 7k +V -V C UA LM C -,0 -,0 -,0,0,0,0 -,0,0 -,0,0 -,0,0 Módosítsa az áramkört az alábbi ábra szerint! Az egyik bemenetre (V I ) kössön V amplitúdójú 00Hz frekvenciájú háromszögjelet a jelgenerátorból! A másik bemeneten (V I ) az RP potenciométer segítségével állítsa be a -V, 0V, +V értékeket! Figyelje meg a bemenõ- (V I ) és a kimenõ (V O ) jelet kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével a megadott három esetre! Rajzolja át a kimenõ jeleket az ábrára!

8 +V R R 7k +V C 0, RP -V R7 k7 R k7 R R 7k -V UA LM C Analóg integráló kapcsolás Állítsa össze próbapanelen az alábbi áramkört! Írja fel a V O =f(v I ) képletet ideális mûveleti erõsítõ esetére! A jelgenerátorból vezessen a bemenetre V amplitúdójú, 00Hz frekvenciájú váltakozó négyszögfeszültséget! Figyelje meg a bemenõ- (V I ) és a kimenõ (V O ) jelet kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével, rajzolja át a kimenõ jelet az ábrára! Mi történik a kimenõ jellel, ha eltávolítja az áramkörbõl az R ellenállást? +V C 0, R C n7 R M0 -V UA LM C A négyszögjel helyett vezessen a bemenetre azonos amplitúdójú és frekvenciájú szinusz jelet! Figyelje meg a bemenõ és a kimenõ jelet oszcilloszkóppal, rajzolja át a kimenõ jelet az ábrára! 0, - 0-0

9 ..6 Analóg differenciáló kapcsolás Állítsa össze próbapanelen az alábbi áramkört! Írja fel a V O =f(v I ) képletet ideális mûveleti erõsítõ esetére! A jelgenerátorból vezessen a bemenetre V amplitúdójú, 00Hz frekvenciájú háromszögjelet! Figyelje meg a bemenõ- (V I ) és a kimenõ (V O ) jelet kétcsatornás oszcilloszkóp segítségével, rajzolja át a kimenõ jelet az ábrára! Mi történik a kimenõ jellel, ha rövidre zárja az R ellenállást? +V C 0, R k0 C n7 R UA LM C - 0 -V -0 A háromszögjel helyett vezessen a bemenetre azonos amplitúdójú és frekvenciájú szinusz jelet! Figyelje meg a bemenõ és a kimenõ jelet oszcilloszkóppal, rajzolja át a kimenõ jelet az ábrára! 0, Feszültségszabályozó kapcsolás Állítsa össze próbapanelen az alábbi áramkört! A V I feszültséget állítsa,v-ra. A V I feszültséget emelje a tápegység segítségével 0-tól V-ig, V-os lépésekben! Minden lépésnél mérje meg a kimenõ feszültséget (V O ) és írja be a táblázatba! Rajzolja meg a V O =f(v I ) függvény diagramját! Mely bemenõ feszültségtõl kezdõdõen tekinthetõ a kimenõ feszültség állandó (szabályozott) értékûnek? Mi történik, ha eltávolítjuk az áramkörbõl a C kondenzátort?

10 + C 0u + C 0u Q BD UA LM C 0n R R + C 0u R 0R Adott DC átviteli karakterisztika megvalósítása Állítsa össze próbapanelen az alábbi áramkört! Az áramkör feladata, hogy miközben a bemenõ jel (V I ),V-tól 0,V-ig csökken, a kimeneten 0-tól V-ig emelkedjen a feszültség (V O ), lineáris függvény szerint. Állítsa be elõször a V I =0,V értéket, majd a V I feszültséget állítsa úgy, hogy a kimenõ feszültség V O =V legyen! Mérje meg és jegyezze fel ezt a V I értéket! Változtassa a bemenõ feszültséget 0,V-tól,V-ig 0,V-os lépésekben, mérje ki minden lépésnél a kimenõ feszültséget és írja be a táblázatba. Rajzolja meg a V O =f(v I ) függvény diagramját! Mi történik, ha a V I feszültséget 0,V alá csökkentjük vagy,v fölé emeljük? RP R 7k +V +V C +V R k RP C C R k UA LM R 0k 0 0, 0,7,0,,,7,0,, 0, 0,7,0,,,7,0,, Hallgató(k): Név: Index szám: Aláírás: