Operační zesilovač:invertující a neinvertující
Teoretický rozbor :
Postup měření :
a) Neinvertující zesilovač napětí (Noninverting Amplifier)
1) Spojte napájecí modul (Power Connection) s děličem napětí (Input Voltage Unit) a neinvertujícím zesilovačem (Noninverting Amplifier). Nastavte zesílení posledního modulu na minimum. Změřte hodnoty vstupního napětí U1 a výstupního U2. 2) Potenciometrem pro zesílení nastavte výstupní napětí U2 zesilovače tak, aby mělo stejnou absolutní hodnotu jako napětí vstupní U1. Překontrolujte nastavení U1. Pokud se změnilo, nastavte U2 znovu tak, aby zesílení bylo 1. 3) Vstupní napětí U1 nastavujte od 0 do 5 V po krocích 0,5 V a měřte výstupní napětí U2 zesilovače. Zapište do následující tabulky.
Strana 1/5
Operační zesilovač:invertující a neinvertující
U1 [V] U2 [V]
4) Závislost U2 = f(U1) vyneste do grafu. 5) Popište jak se mění výstupní napětí U2 se změnou napětí vstupního U1 (posuďte plynulost a linearitu). 6) Je tedy invertující operační zesilovač obvod digitální nebo analogový? 7) Jaké znaménko má výstupní signál U2 vzhledem ke vstupnímu U1? 8) To znamená, že mezi vstupním a výstupním signálem platí přímá nebo nepřímá úměra? 9) Vynesenou závislost porovnejte s převodní charakteristikou napětí pro bipolární a unipolární tranzistor. Popište čím se liší zesilovače tranzistorové od zesilovačů operačních. 10) Zakreslete schéma zapojení neinvertujícího OZ a zapište vztah pro napěťové zesílení. Jaký typ zpětné vazby se zde využívá? 11) Nastavte vstupní napětí OZ U1 na 0,5 V a výstupní napětí U2 na 1 V. Zesílení je tedy 2. Zkontrolujte znovu nastavení U1. Pokud se změnilo, upravte jej na původní hodnotu stejně jako výstupní napětí. Pokračujte podle bodů 3) a 4) návodu a tento průběh vyneste do stejného grafu. Pro zesílení Au = 2 U1 [V] U2 [V]
12) Porovnejte přenosovou funkci pro obě hodnoty zesílení. Jak ovlivnilo různé zesílení tvar a meze obou průběhů? 13) Nastavte vstupní napětí U1 na hodnotu 0,1V. Potenciometr zesílení nastavte na maximum. Odečtěte hodnotu výstupního napětí U2. Vypočtěte max. velikost napěťového zesílení Aumax neinvertujícího zesilovače. 14) Propojte napájecí modul s děličem napětí, neinvertujícím a invertujícím zesilovačem (v tomto pořadí). Neinvertující zesilovač nastavte na zesílení +2, invertující na zesílení -1. Vstupní napětí OZ1 (neinvert.) nastavte na 0,2 V. Odečtěte výstupní napětí OZ1 (neinvert.) a OZ2 (invert.). Vypočítejte zesílení
Strana 2/5
Operační zesilovač:invertující a neinvertující
jednotlivých OZ a celkové zesílení. Je celkové zesílení dáno součtem nebo součinem zesílení jednotlivých modulů?
Invertující OZ
Neinvertující OZ
U1INV
U1NEI
U2INV
U2NEI
AUINV
AUNEI
0,2 V
Oba OZ ve spojení AUcelk AUcelk= AUINV
AUNEI
15) Změňte pořadí obou zesilovačů. Má tato změna vliv na výsledek? Proč?
b) Invertující zesilovač napětí (Inverting Amplifier)
1) Spojte napájecí modul (Power Connection) s děličem napětí (Input Voltage Unit) a invertujícím zesilovačem (Inverting Amplifier). Nastavte zesílení posledního modulu na minimum. Změřte hodnoty vstupního napětí U1 a výstupního U2. 2) Potenciometrem pro zesílení nastavte výstupní napětí U2 zesilovače tak, aby mělo stejnou absolutní hodnotu jako napětí vstupní U1. Překontrolujte nastavení U1. Pokud se změnilo, nastavte U2 znovu tak, aby zesílení bylo -1. 3) Vstupní napětí U1 nastavujte od 0 do 5 V po krocích 0,5 V a měřte výstupní napětí U2 zesilovače. Zapište do následující tabulky.
U1 [V] U2 [V]
4) Závislost U2 = f(U1) vyneste do grafu. 5) Popište jak se mění výstupní napětí U2 se změnou napětí vstupního U1 (posuďte plynulost a linearitu). 6) Je tedy invertující operační zesilovač obvod digitální nebo analogový? 7) Jaké znaménko má výstupní signál U2 vzhledem ke vstupnímu U1? 8) To znamená, že mezi vstupním a výstupním signálem platí přímá nebo nepřímá úměra?
Strana 3/5
Operační zesilovač:invertující a neinvertující
9) Vynesenou závislost porovnejte s převodní charakteristikou napětí pro bipolární a unipolární tranzistor. Popište čím se liší. 10) Zakreslete schéma zapojení invertujícího OZ a zapište vztah pro napěťové zesílení. Jaký typ zpětné vazby se zde využívá? 11) Nastavte vstupní napětí OZ U1 na 0,5 V a výstupní napětí U2 na -1 V. Zesílení je tedy -2. Zkontrolujte znovu nastavení U1. Pokud se změnilo, upravte jej na původní hodnotu stejně jako výstupní napětí. Pokračujte podle bodů 3) a 4) návodu a tento průběh vyneste do stejného grafu. Pro zesílení Au = -2 U1 [V] U2 [V]
12) Porovnejte přenosovou funkci pro obě hodnoty zesílení. Jak ovlivnilo různé zesílení tvar a meze obou průběhů? 13) Nastavte vstupní napětí U1 na hodnotu 0,1V. Potenciometr zesílení nastavte na maximum. Odečtěte hodnotu výstupního napětí U2. Vypočtěte max. velikost napěťového zesílení Aumax invertujícího zesilovače. 14) Propojte napájecí modul s děličem napětí a neinvertujícím zesilovačem. Neinvertující zesilovač nastavte na zesílení +5. Vstupní napětí OZ nastavte na 0,4 V. Odečtěte výstupní napětí OZ. Ohmmetrem zjistěte odpor rezistoru a dopočítejte odpor potenciometru ve zpětné vazbě při nastaveném zesílení. Jak se musí odpor potenciometru změnit, abychom dosáhli zesílení +10?
Neinvert. OZ U1NEI
0,4 V
U2NEI AUNEI
Au = +5
Au = +10
R1
R1
R2
R2
+5
15) Propojte napájecí modul s děličem napětí a invertujícím zesilovačem. Invertující zesilovač nastavte na zesílení -4. Vstupní napětí nastavte na 0,75 V. Odečtěte výstupní napětí. Ohmmetrem zjistěte odpor obou rezistorů a dopočítejte odpor potenciometru ve zpětné vazbě při nastaveném zesílení. Jak se musí odpor potenciometru změnit, abychom dosáhli zesílení -5?
Strana 4/5
Operační zesilovač:invertující a neinvertující
Invertující OZ U1INV
0,75V
U2INV AUINV
-4
Au = -4
Au = -5
R
R
R
R
R
R
Vypracování: Zde stručně vyjádřete závěry ke každému z předchozích bodů měření, včetně výpočtů a průběhů naměřených veličin, podle čísla a písmene zadání. Schémata zapojení uveďte na titulní stranu protokolu spolu s použitými přístroji.
Strana 5/5
