Měření základních vlastností OZ



Podobné dokumenty
1. LINEÁRNÍ APLIKACE OPERAČNÍCH ZESILOVAČŮ

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Měření výkonu zesilovače

Pokud není uvedeno jinak, uvedený materiál je z vlastních zdrojů autora

ZADÁNÍ: ÚVOD: Měření proveďte na osciloskopu Goldstar OS-9020P.

1.7. Mechanické kmitání

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ MEII MĚŘENÍ ZÁKLADNÍCH EL. VELIČIN

1. IMPULSNÍ NAPÁJECÍ ZDROJE A STABILIZÁTORY

Měření impedancí v silnoproudých instalacích

48. Pro RC oscilátor na obrázku určete hodnotu R tak, aby kmitočet oscilací byl 200Hz

Návrh induktoru a vysokofrekven ního transformátoru

Komutace a) komutace diod b) komutace tyristor Druhy polovodi ových m Usm ova dav

Ėlektroakustika a televize. TV norma ... Petr Česák, studijní skupina 205

Číslicová technika 3 učební texty (SPŠ Zlín) str.: - 1 -

Elektrická měření 4: 4/ Osciloskop (blokové schéma, činnost bloků, zobrazení průběhu na stínítku )

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Antény. Zpracoval: Ing. Jiří. Sehnal. 1.Napájecí vedení 2.Charakteristické vlastnosti antén a základní druhy antén

a činitel stabilizace p u

L A B O R A T O R N Í C V I Č E N Í Z F Y Z I K Y

Měření elektrického proudu

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Test. Kategorie M. 1 Laboratorní měřicí přístroj univerzální čítač (např. Tesla BM641) využijeme například k:

Fyzikální praktikum Relaxační kmity

1. POLOVODIČOVÁ DIODA 1N4148 JAKO USMĚRŇOVAČ

Obr. 1 Jednokvadrantový proudový regulátor otáček (dioda plní funkci ochrany tranzistoru proti zápornému napětí generovaného vinutím motoru)

Provoz a poruchy topných kabelů

Informace BM2. Art. Nr. * vydání, 09/05

Vyvažování tuhého rotoru v jedné rovině přístrojem Adash Vibrio

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Základní zapojení operačních zesilovačů

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

C 1 6,8ηF 630V C 2 neuvedeno neuvedeno C 3 0,22μF 250V C 4 4μF 60V. Náhradní schéma zapojení kondenzátoru:

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

STANOVISKO č. STAN/1/2006 ze dne

Elektronická zátěž (Elektronische Last) Typ Obj. č.:

Model dvanáctipulzního usměrňovače

Skripta. Školní rok : 2005/ 2006

1 Úvod. 2 Pom cky. 3 Postup a výsledky. 3.1 M ení p enosové funkce ve frekven ní oblasti

Ústav fyziky a měřicí techniky Laboratoř chemických vodivostních senzorů. Měření elektrofyzikálních parametrů krystalových rezonátorů

Polovodiče Polovodičové měniče

ASYNCHRONNÍ STROJ. Trojfázové asynchronní stroje. n s = 60.f. Ing. M. Bešta

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný digitálním osciloskopem. Nalezněte v hodnotách na obrázku efektivní napětí signálu.

ZAŘÍZENÍ PRO MĚŘENÍ POSUVŮ

Obvodová ešení snižujícího m ni e

Uložení potrubí. Postupy pro navrhování, provoz, kontrolu a údržbu. Volba a hodnocení rezervy posuvu podpěr potrubí

Mezní kalibry. Druhy kalibrů podle přesnosti: - dílenské kalibry - používají ve výrobě, - porovnávací kalibry - pro kontrolu dílenských kalibrů.

Žáci mají k dispozici pracovní list. Formou kolektivní diskuze a výkladu si osvojí grafickou minimalizaci zápisu logické funkce

REGULACE EL. POHONŮ Stabilita a tlumení. Obr. 1. Schéma uzavřené regulační smyčky. Obr. 2. Ukazatele kvality regulace

Elektromagnetický oscilátor

ZEMNÍ ODPOR ZEMNIČE REZISTIVITA PŮDY

AUTOREFERÁT. dizertační práce

Elektrické. MP - Ampérmetr A U I R. Naměřená hodnota proudu 5 A znamená, že měřená veličina je 5 x větší než jednotka - A

MMEE cv Stanovení množství obchodovatelného zboží mezi zákazníkem a dodavatelem

KIS A JEJICH BEZPEČNOST I PŘENOS INFORMACÍ DOC. ING. BOHUMIL BRECHTA, CSC.

GIGAmatic. Tenzometrický přetěžovací převodník. 1. Popis Použití Technické informace Nastavení Popis funkce 6. 6.

W1- Měření impedančního chování reálných elektronických součástek

Veletrh. Obr Měřeni účinnosti ohřevu. Oldřich Lepil, Přírodovědecká fakulta UP Olomouc

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Přechodové děje při startování Plazmatronu

Zařízení má několik částí.

Příklad 1.3: Mocnina matice

PODPORA ELEKTRONICKÝCH FOREM VÝUKY

ČÁST PÁTÁ POZEMKY V KATASTRU NEMOVITOSTÍ

NR-AMX10. Návod na instalaci a provoz

ŘADA KOMPAKTNÍCH INVERTORŮ J1000 DE EN

Měření hustoty kapaliny z periody kmitů zkumavky

PUBLICITA v OP VK. Seminář pro příjemce v rámci globálních grantů Olomouckého kraje. Olomouc, 20. a 21. dubna 2009

Měření hluku a vibrací zvukoměrem

Měřidla. Existují dva druhy měření:

Analýza oběžného kola

Tel/fax: IČO:

EHN a datové rozhraní MIDI

1.11 Vliv intenzity záření na výkon fotovoltaických článků

269/2015 Sb. VYHLÁŠKA

NÁVOD K MONTÁŽI A OBSLUZE. Obj. č.:

Zapojení horního spína e pro dlouhé doby sepnutí III

Manuální, technická a elektrozručnost

1 Matematické základy teorie obvodů

Tří-kanálová výkonová aktivní reproduktorová vyhybka Michal Slánský

8. Operaèní zesilovaèe

Snímače tlaku a síly. Snímače síly

SMLOUVA O POSKYTOVÁNÍ SOCIÁLNÍ SLUŽBY č.../2013

1.2.5 Reálná čísla I. Předpoklady:

19 Jednočipové mikropočítače

AKČNÍ ČLENY POHONY. Elektrické motory Základní vlastností elektrického motoru jsou určeny:

VY_32_INOVACE_OV_1AT_01_BP_NA_ELEKTRO_PRACOVISTI. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

INFORMATIKA V CHOVECH PRASAT

Investiční služby, Investiční nástroje a rizika s nimi související

1.3 Druhy a metody měření

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

FYZIKA 2. ROČNÍK. Elektrický proud v kovech a polovodičích. Elektronová vodivost kovů. Ohmův zákon pro část elektrického obvodu

NÁVOD K OBSLUZE. Verze 03/05 DF. Obj. č.:

Pojďme se tedy podívat na hlavní výhody a nevýhody mezi montovanými dřevostavbami a zděnými domy.

Příloha č. 3 VÝKONOVÉ UKAZATELE

VYUŽITÍ ENERGIE VĚTRU

UNIPOLÁRNÍ TRANZISTOR

7486 (4x XOR) 7408 (4x AND) Multimetr: 3x METEX M386OD (použití jako voltmetr V)

Dne obdržel zadavatel tyto dotazy týkající se zadávací dokumentace:

( x ) 2 ( ) Další úlohy s kvadratickými funkcemi. Předpoklady: 2501, 2502

TECHNICKÉ KRESLENÍ A CAD

Transkript:

Měření základních vlastností OZ. Zadání: A. Na operačním zesilovači typu MAA 74 a MAC 55 změřte: a) Vstupní zbytkové napětí U D0 b) Amplitudovou frekvenční charakteristiku napěťového přenosu OZ v invertujícím zapojení pro zesílení: 0, 40 db Přenos změřte od 00 Hz do kmitočtu f > f T podle možností použitých přístrojů (krok volte s ohledem na šířku proměřovaného frekvenčního pásma, různý pro různá zesílení) Pro každé zesílení určete mezní f m a tranzitní f T kmitočet zesilovače. c) Rychlost přeběhu (Slew Rate) S při R z = kω. B. Zapojte OZ jako zdroj stejnosměrného proudu řízený napětím (v principu neinvertující zapojení) a změřte na něm závislost výstupního proudu I na zatěžovacím odporu R Z (I = 5 ma, R Z = 0-50 kω): I = f (R Z ) Naměřenou závislost zdůvodněte Pro všechny případy odvoďte přenos použitých zapojení a zdůvodněte odchylky naměřených hodnot od teoretických. Porovnejte vlastnosti obou typů operačních zesilovačů. D.cv.: Vlastnosti ideálních a reálných OZ, vnitřní struktura zesilovače, základní parametry a jejich měření. Literatura: Boltík, M. a kol.: Elektronická zařízení pro 4.ročník SPŠE. SNTL, Praha 988 Kabeš, K.: Operační zesilovače v automatizační technice. SNTL, Praha 989 Katalog TESLA (konstrukční) Kolektiv: Elektrická měření - návody k laboratorním cvičením (doplňkové skriptum). ČVUT, Praha 99

. Popis měřeného předmětu: Operační zesilovač (OZ) je stejnosměrný zesilovač s velkým zesílením a malým vlastním rušením, schopný stabilně pracovat v uzavřené zpětnovazební smyčce. Obvykle má souměrný diferenční vstup, jehož dvě signálové svorky se nazývají neinvertující (+) a invertující (-) vstup a jednu výstupní svorku. Napětí přivedené na neinvertující vstup vyvolá na výstupu napětí stejné polarity, napětí přivedené na invertující vstup vyvolá na výstupu napětí opačné polarity. Všechna vstupní a výstupní napětí OZ jsou vztažena k zemní svorce, která je připojena na společnou zem dvou zdrojů souměrných napájecích napětí ± U B. Zesilovač s diferenčním vstupem zesiluje rozdílové vstupní napětí u D přivedené mezi jeho vstupy. OZ je určen především pro provoz v uzavřené zpětnovazební smyčce a proto je důležitou součástí jeho zapojení obvod zpětné vazby. Ten může být sestaven z pasivních i aktivních součástek a jeho struktura určuje funkci, kterou OZ v daném zapojení zajišťuje. OZ se uplatňuje zejména v těchto oblastech: analogové výpočetní technice, měřicí technice, automatizační technice, elektronice, chemické instrumentaci a lékařské elektronice. Katalogové hodnoty použitého OZ: Studenti si zde sami vypíší nejdůležitější katalogové údaje. 3. Teoretický rozbor: a) měřeného předmětu Operační zesilovač s dokonale vyváženým rozdílovým vstupem zesiluje pouze rozdílové vstupní napětí u D = u N - u P bez ohledu na absolutní velikost napětí u N, u P přivedených na jeho vstupní svorky. Statickou závislost mezi rozdílovým vstupním napětím u D a výstupním napětím naprázdno u V0 vyjadřuje převodní charakteristika. Z ní lze odvodit stejnosměrné rozdílové zesílení zesilovače naprázdno A 0 : uv 0 A0 = u Ideální operační zesilovač má A =. Překročí-li vstupní rozdílové napětí hodnotu ± u Dmax, dochází k přebuzení OZ, zesilovač pracuje v nelineární oblasti, jeho výstupní napětí dosáhne hodnoty maximálního výstupního napětí ± u Vmax a při dalším zvyšování vstupního napětí se již nemění. Hodnota ± u Vmax udává, jaké nejvyšší napětí lze na výstupu nezatíženého OZ získat. Důležitou vlastností OZ je vstupní ofset, pod kterým rozumíme všechny nežádoucí signály generované v zesilovači a projevující se ekvivalentně na jeho vstupu, které nelze žádnými prostředky trvale kompenzovat. Je způsoben ne zcela D

dokonalým vyvážením obou částí vstupního rozdílového obvodu OZ a projevuje se vznikem výstupního napětí i v případě, že vstupní napětí je nulové. Patří sem hlavně vstupní zbytkové napětí (napěťový ofset) U D0, což je rozdílové napětí, které je nutné přivést mezi vstupy zesilovače, abychom na výstupu dostali nulové napětí při u N = u P = 0. Při přesných měřeních je tedy nutné vliv napěťového ofsetu kompenzovat. To je možné buď přivedením kompenzačního napětí do nepoužitého vstupu OZ nebo kompenzačního proudu do zvláštních k tomu určených vývodů součástky. Na obr.7 je naznačen způsob kompenzace napěťového ofsetu u dvou často používaných typů operačních zesilovačů. MAA 74 MAC 55 +U CC 5 k 3 5 7 4 3 5 7 4 +U CC -U CC 0 k -U CC Obr. 7 Vstupní ofset se mění s časem, s teplotou a s kolísáním napájecích napětí. Tato nestálost ofsetu se nazývá drift OZ. Operační zesilovač lze použít např. v těchto zapojeních: Invertující zesilovač i Z i S R R S u u R K Obr. 8 Zesilovač je buzen do invertujícího vstupu, který se v důsledku paralelní napěťové zpětné vazby chová jako virtuální zem. Při odvození výstupního napětí a napěťového přenosu se využívá vztahu, který platí pro uzel S: i S + i Z = 0

Pro potlačení vlivu vstupního klidového proudu se mezi neinvertující vstup a zem zapojuje kompenzační rezistor R. R RK = R + R Neinvertující zesilovač Vstupní signálové napětí u se přivádí na neinvertující vstup operačního zesilovače (obr. 9a). Aby byla splněna podmínka nulového vstupního diferenčního napětí u D musí se zpětnou vazbou trvale zajišťovat stejné napětí u na invertujícím vstupu OZ. Přitom platí: u = u Z této podmínky se dá opět odvodit vztah pro u i A u. Je-li R >>R platí pro napěťové zesílení R Au = R Je-li R = 0 dostaneme tzv. napěťový sledovač s A u =. Ten se vyznačuje velmi velkým vstupním a velmi malým výstupním odporem. I u u U u R R i R R Z Obr. 9a Obr. 9b Neinvertující zesilovač s OZ můžeme též použít pro zapojení ss zdroje proudu řízeného napětím (obr. 9b). Opět lze jednoduše odvodit vztah mezi výstupním proudem I a vstupním napětím U při zatěžovacím rezistoru R z. Přitom velikost výstupního proudu I nezávisí na velikosti R z, tedy zapojení se chová vůči R z jako zdroj proudu řízený napětím U. Od určité hodnoty R z však dochází k poklesu velikosti proudu I v důsledku toho, že OZ již nebude schopen na výstupu dodat napětí potřebné pro udržení nastaveného proudu. Pro maximální hodnotu odporu R zmax, při které je schopen OZ ještě udržet proud zátěží I přitom platí: U+ Rz max. I = Usat Usat U Rz max = I kde U sat je velikost saturačního napětí na výstupu OZ

Rozdílový zesilovač Vyznačuje se současným signálovým buzením obou vstupů OZ. Vstupy zesilovače lze budit buď přímo rozdílovým napětím u D = u - u nebo napětími u a u proti zemi. R 4 R u R 3 u R u Obr. 0 Závislost mezi výstupním napětím u a vstupními napětími u a u se odvodí s využitím věty o superpozici. Rozdílové zesílení je definováno vztahem: G r u = u Odvození průběhu frekvenční charakteristiky rozdílového zesílení vychází z poznatku, že většina OZ se chová jako ideální zesilovač s jednoduchým zpožďovacím členem na výstupu (obr.). u G r G r0-3 db f m f T f Obr. Mezní kmitočet f m je kmitočet při kterém poklesne rozdílové zesílení o - 3dB vzhledem k ss zesílení G r0. Tranzitní kmitočet f T je kmitočet při kterém je rozdílové zesílení rovno. Tranzitní frekvence tedy definuje šířku pásma přenosu operačního zesilovače, tj. oblast, ve které je rozdílové zesílení zesilovače pro malé signály G r. V této oblasti je součin G r.f konstantní a platí vztah A 0. f 0 = f T kde A 0 je stejnosměrné rozdílové zesílení naprázdno

f 0 mezní frekvence při zesílení A 0 Kromě rozdílového zesílení je u operačního zesilovače definováno ještě tzv. součtové zesílení G s vztahem: u GS = u + u a činitel potlačení součtového napětí CMRR daný vztahem: G CMRR = 0.log G Operační zesilovač je tím kvalitnější, čím větší má CMRR. Činitel CMRR je závislý na frekvenci a proto při jeho měření je potřeba udat při jaké frekvenci byl stanoven. Pro zpracování velkých signálů je důležitou veličinou operačního zesilovače mezní rychlost přeběhu S, udávající největší rychlost změny výstupního napětí operačního zesilovače (V/µs) při zatížení jmenovitým odporem zátěže R z a mezní výkonová frekvence f M, tj. frekvence, při které lze na výstupu zesilovače získat ještě maximální výstupní napětí ± U vmax. Zpracováváme-li operačním zesilovačem střídavé sinusové napětí o frekvenci f M, je okamžitá hodnota jeho výstupního napětí u = U.sin π. f t V Vm M kde U vm je amplituda výstupního napětí. Derivováním u V podle času zjistíme rychlost změny výstupního napětí zesilovače. Platí du dt V = π. f. U.cos π. f. t M Vm Strmost sinusové funkce je největší v bodě, ve kterém prochází nulou. Protože v tomto bodě platí sin πf M t = 0 (popř. cos πf M t = ), odvodíme vztah du dt V = S = π. f. U max Z toho pro mezní výkonovou frekvenci f M R S M M Vm S = ( MHz, V / µ sv, ) π. U Vm Chceme-li např. na výstupu operačního zesilovače MAA 74 s S = 0,5 V/µs odebírat při jmenovitém zatížení sinusové napětí o amplitudě 0 V, lze to pouze do frekvence 0, 5 f = fm = = 8kHz π. 0 při napětí o amplitudě V do frekvence 80 khz atd. Při měření od sebe důsledně odlišujte hodnotu mezní přenosové frekvence f m, která závisí na nastaveném přenosu zesilovače a mezní výkonovou frekvenci f M, která je dána požadovanou amplitudou výstupního napětí. Skutečně naměřená hodnota mezní

frekvence je pak samozřejmě dána nižší hodnotou z hodnot f m a f M a měření je tím zkresleno. b) měřicí metody Základní zapojení pro měření vstupního zbytkového napětí U D0 všech druhů operačních zesilovačů je na obr.: R U D0 R R u Obr. Při měření se využívají zesilovací schopnosti zesilovače. Ze vztahu pro jeho výstupní napětí u R uv = ( UD0 ).( + ) A R lze odvodit vztah pro vstupní zbytkové napětí Pro lze druhý člen v závorce zanedbat a platí R R + R UD0 = u..( + ) R + R A. R U A D0 0 0 R + R R R =. R R u + Podle předcházející rovnice se tedy vstupní zbytkové napětí U D0 čte na výstupu zesilovače zesílené v poměru R + R R R. R = & R = R R R + R S výhodou volíme tento poměr 000. Výstupní napětí ve V odpovídá potom vstupnímu napětí v mv. Při zesílení A 0 = 0 5 a poměru 000 je chyba měření asi %. Důležité je, aby při měření nepřekročilo výstupní napětí zesilovače lineární oblast a aby měřidlo příliš nezatěžovalo výstup zesilovače. 0

Mezní rychlost přeběhu S můžeme měřit v jednom ze dvou zapojení: R R G u G u ug V G R uv Z R Z Obr. 3 V prvním případě (obr. 3 vlevo) je zesilovač zapojen jako sledovač napětí, v druhém (obr. 3 vpravo) jako invertor. V obou případech pracuje operační zesilovač s jmenovitým odporem zátěže R Z a je buzen pravoúhlým signálem s velkou strmostí náběžné a doběžné hrany v rozsahu jmenovitého výstupního napětí ± U vmax. Amplituda budícího signálu je zvolena tak, že je zesilovač v obou polaritách stále mírně přebuzen. Tím se zaoblené části odezvy zesilovače posunou mimo rozsah jmenovitého výstupu zesilovače a měření je přesnější. Odezvu zesilovače na měřicí signál u G pozorujeme na stínítku osciloskopu a vyhodnotíme z ní strmost S + stoupající části odezvy a strmost S - klesající části odezvy u V 0 Δu V t Δt Δt S Obr. 4 ΔuV = S = Δt Δu Δt V + Hodnoty S + a S - bývají rozdílné a kvalita zesilovače se posuzuje vždy podle nižší hodnoty.