Műveleti erősítők Előzetes kérdések: Milyen tápfeszültség szükséges a műveleti erősítő működtetéséhez? Milyen kimenő jel jelenik meg a műveleti erősítő bemeneteire adott jel hatására? Nem invertáló bemenetre adott jel esetén: Invertáló bemenetre adott jel esetén Mindkét bemenetre adott jel esetén Milyen alkatrésszel és azt hogyan kapcsolva lehet a műveleti erősítő erősítésének mértékét beállítani? 1 Invertáló DC erősítő vizsgálata 1.1 Keresse meg a 121-es panelen az alábbi kapcsolást, de ne állítsa össze! 1.2 Mérje meg multiméterrel az ok értékét! Ellenállás R 1 R 2 R 3 R 4 Érték (KΩ) 1.3 Állítsa össze a fenti kapcsolást a multiméter nélkül! Csatlakoztassa bemeneti jelforrásként az R 1 ra a PS-1 változtatható feszültségű tápegységet! Állítsa be a bemenő feszültséget (V IN =PS-1) 0,5 V körüli értékre (Valószínűleg nem fogja tudni a pontos értéket beállítani.) 1
1.4 Mérje meg a kimenő feszültséget! Számítsa ki az erősítést a mért feszültségekből! =-V OUT /V IN Számítsa ki az erősítést =-R v /R be (=-R 2 /R 1 ) V IN (V) V IN (V) valóságos V OUT (V) 0,1 0,5 1,0 2,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 mért 1.5 Ismételje meg az eljárást a táblázat többi értékére is! 1.6 A visszacsatoló t R 2 -ről cserélje fel R 4 -re Állítsa be PS-1 értékét 0,75 0,9V közötti tetszőleges értékre! Mérje meg az aktuális bemenő és kimenő feszültséget, ebből számítsa ki az erősítést! Számítsa ki az ok arányát! Visszacsatoló Bemeneti V IN V OUT Ellenállások aránya R 4 R 1 R 2 R 3 R 4 R 3 1.7 Ismételje meg az eljárást a táblázat többi párjára is! 2 Invertáló AC erősítő vizsgálata 2.1 Állítsa össze az alábbi áramkört! A bemenő jelet az oszcilloszkóp 1. csatornáján, a kimenő jelet a 2. csatornán vizsgálja! 2.2 Állítson be 1 KHz-es 1V pp nagyságú háromszög hullámformájú bemenő jelet! 2
2.3 Tolja el úgy az oszcilloszkóp sugarait, hogy a bemenő és kimenő jelet egymás alatt lássa! Rajzolja le a bemenő és kimenő jelet (különböző színnel) 2.4 Állítsa vissza az oszcilloszkóp sugarait középre! Állítsa be a jelgenerátor feszültségét úgy, hogy az erősítő kimenetén 8V pp jelet kapjon! 2.5 Mérje meg a bemenő feszültséget és számítsa ki a feszültségekből az erősítést! F (Hz) 3 10 100 1K 5K 10K 20K 30K 50K V OUT pp (V) 8 V IN pp (V) A U 2.6 Végezze el a műveletet a táblázat többi frekvenciájára is! A bemenő jel szükség szerinti változtatásával gondoskodjon róla, hogy a kimenő feszültség ne változzon! 2.7 Hasonlítsa össze a frekvenciamenetet a tranzisztoros erősítőnél tanulttal! 3 Neminvertáló erősítő vizsgálata 3.1 Keresse meg az alábbi kapcsolást, de ne állítsa össze! 3
3.2 Mérje meg multiméterrel az ok értékét! Ellenállás R 16 R 17 R 18 R 19 Érték (KΩ) 3.3 Állítsa össze a fenti kapcsolást a multiméter nélkül! Csak az egyik tápfeszültség van az U 1b pozíciójú integrált áramkörre csatlakoztatva. A -12 V-ot az U 1a áramkörnél alkalmazott átkötés segítségével lehet az áramkörre juttatni. Csatlakoztassa bemeneti jelforrásként az IN 4 bemenetre a PS-1 változtatható feszültségű tápegységet! Állítsa be a bemenő feszültséget (V IN =PS-1) 1 V körüli értékre (Valószínűleg nem fogja tudni a pontos értéket beállítani.) 3.4 Mérje meg a kimenő feszültséget! Számítsa ki az erősítést a mért feszültségekből! =-V OUT /V IN Számítsa ki az erősítést =1+R v /R be V IN4 (V) V IN4 (V) valóságos V OUT (V) 0 0,1 0,2 1,0 5,0 10,0 mért 3.5 Ismételje meg az eljárást a táblázat többi értékére is! 3.6 A visszacsatoló t R 17 -ről cserélje fel R 19 -re Állítsa be PS-1 értékét 0,75 0,9V közötti tetszőleges értékre! Mérje meg az aktuális bemenő és kimenő feszültséget, ebből számítsa ki az erősítést! Számítsa ki az ok arányát! Visszacsatoló Bemeneti V IN V OUT Ellenállások aránya R 19 R 16 R 17 R 18 R 19 R 18 3.7 Ismételje meg az eljárást a táblázat többi párjára is! 4
4 Komparátor vizsgálata A komparátor olyan áramkör, amely a bemenetére kapcsolt két jelet összehasonlítja, és jelzi, hogy melyik a nagyobb. A műveleti erősítő használható komparátorként is. Az erősítő a bemenetére adott jelek különbségét erősíti. U ki =A U0 *(U + -U - ), ahol A U0 a nyílthurkú (visszacsatolás nélküli) erősítés 100000 nagyságrendű. A kimenő feszültség azonban nem lehet nagyobb, mint a telítési feszültség (U SAT =U T -2V) A méréshez a 122-es panelt kell használni. 4.1 Az invertáló komparátor vizsgálatához állítsa össze az alábbi áramkört! 4.2 A PS-1 egyenfeszültségű forrás feszültségét állítsa 2 V-ra 4.3 A jelgenerátoron állítson be 5 V pp nagyságú, 1 khz-es háromszög hullámot +2,5V egyenfeszültségű összetevővel (offset)! Ezt csatlakoztassa V IN -re 4.4 Az oszcilloszkóp 1. csatornáját a V IN bemeneti feszültségre, a 2. csatornát a V OUT kimeneti feszültségre csatlakoztassa! 4.5 Ábrázolja a bemenő és kimenő hullámformákat a különböző PS-11 feszültségeknél! PS-1=0V PS-1=1V PS-1=2V PS-1=3V PS-1=4V PS-1=5V 4.6 Értelmezze a kimeneti jel alakját! 5
5 Motor fordulatszám szabályozása Az üresjárati fordulatszámhoz V REF referenciafeszültség tartozik, amit a PS-1-el állítunk be és a műveleti erősítő invertáló bemenetére kerül. A motor egy generátort működtet, ami a motor fordulatszámával arányos feszültséget szolgáltat (V DC ) Ez a feszültség kerül a neminvertáló bemenetre. A motort e két feszültség különbsége felerősítve működteti. A BUFFER áramkör teljesítmény erősítést végez. A méréshez a 109-es panelt kell használni. 5.1 Állítsa össze az alábbi kapcsolást! 5.2 Állítsa az erősítést 20-szorosra az R 4 visszacsatoló bekötésével! 5.3 A féket (Mech. Load) állítsa 0-ra (terheletlen állapot)! 5.4 A PS-1 segítségével állítson be 1,5 V feszültséget a V DC ponton! 5.5 Mérje meg a VG, V REF, V DC feszültséget! fékhelyzet V DC (V) V REF (V) VG (V) ND (ford/perc) 5.6 A motor fordulatszámát közelítőleg megkaphatjuk az ND=C*V DC, összefüggéssel, ahol C a kísérleti eszközre jellemző állandó, értéke kb. 1400 5.7 Növelje a terhelést és ismételje meg a mérést! 5.8 Állítson be 200-szoros erősítést R 4 helyett az R 3 visszacsatoló beiktatásával! Ugyanazokat a fékhelyzeteket állítsa be, mint az előző mérésnél! fékhelyzet V DC (V) V REF (V) VG (V) ND (ford/perc) 5.9 Értékelje az eredményt! 6