OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

Transkriptio

1 KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala TYÖ 11 ELEKTRONIIKAN LABORAATIOT H.Honkanen OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia TYÖN TAVOITE Tutustua operaatiovahvistinkytkentään ja operaatiovahvistimen ominaisuuksiin ja rajoituksiin TYÖSSÄ TARVITTAVAT KOMPONENTIT JA VÄLINEET: - Oskilloskooppi - Funktiogeneraattori - Yleismittari - Lämpötilamittari - Laboratoriovirtalähde 12V - Kytkentäalusta, jossa DC-DC -muunnin - Operaatiovahvistin LM741 - Vastus 100 Ω, 2 kpl - Vastus 1 kω, 2 kpl - Vastus 47 kω - Keraaminen kondensaattori, 2 kpl - Trimmeri 10 kω ( 1 kω kω ) KAAVAT - Työssä tarvittavat laskukaavat löytyvät mm. luentomonisteesta Operaatiovahvistin: YLEISTÄ LM741,kantakytkentä ja rakenne: CC Kuva 1. LM741 operaatiovahvistimen kantakytkentä ja rakenne

2 Vahvistuskaistanleveys: Vahvistuskaistanleveys on se taajuusalue, jolla vahvistinaste vahvistaa ( Vahvistus on yli 1 eli yli 0 db ) Operaatiovahvistinhan on DC kytketty, ja koska työssä käyttämissämme kytkennöissä ei ole kondensaattoreita signaalitiellä, vahvistuskaistanleveys alkaa 0 Hz :sta. Kuva 2 : Vahvistuskaistanleveyden määrittäminen Kuvaajat : HUOM! Kaikissa kuvaajissa asteikkojen tulee olla logaritmiset! db asteikko on luonnostaan logaritminen Taajuusasteikon tulee myös olla logaritminen By-pass kondensaattorit: Kytke kaikissa työn kytkennöissä By-pass kondensaattorit kuvan 3. mukaisesti. Kuva 3. By-Pass -kondensaattorit By-pass kondensaattoreilla eliminoidaan piirin mahdollisuutta joutua värähtelevään tilaan. Laboratoriovirtalähde on kaukana kytkentäalustasta, jolloin johtimien induktanssi on jo merkittävän suuri suurtaajuuksien kannalta By-pass kondensaattorit tulisi sijoitaa mahdollisimman lähelle käyttöjännitenastoja.

3 By-pass kondensaattoreina tulee käyttää keraamisia kondensaattoreita, kapasitanssiarvoksi soveltuu luokkaa 1nF 100 nf kerkot. Linkki: Käyttöjännitteiden kytkennästä: Käyttämämme vahvistintyyppi, 741, on mallina aika iäkäs ( 70 luvun puolivälistä ). Osittain tästä johtuen piirin suojaukset eivät ole, päivityksistä huolimatta, aivan parasta A ryhmää. Tämän operaatiovahvistimen ottoaste ei kestä sitä, että negatiivinen käyttöjännite kytkettäisiin ensin.!! Joten: Ł Positiivinen käyttöjännite kytkettävä aina ensin, sitten vasta negatiivinen jännite! Ł Negatiivinen käyttöjännite katkaistaan aina ensin,! Ł Ongelmasta pääsee eroon käyttämällä DC-DC muuntimella varustettua kytkentäalustaa Kytkentä ( työt 1 ja 2 ) Kytkentää ( kuva 4 ) käytetään työssä 1 ja 2 R:n arvo: R = R1 II R2, eli likiarvo: R=R1 Kuva 4. Töiden 1 ja 2 vahvistinkytkentä

4 TYÖ 1, Operaatiovahvistin vahvistimena 1.1 Vahvistinkytkentä kuvan 4 mukainen, - R2 = 47 kω ja R1 = 1 kω - Säädä funktiogeneraattorin amplitudiksi 100 mvp, aaltomuoto: Siniaalto Laske kytkennän DC vahvistus ( Au ja db ) Mittaa kytkennän ylärajataajuus ( -3 db DC vahvistuksesta ) ja vaihesiirto ylärajataajuudella Mittaa kytkennän vahvistuskaistanleveys ja vaihesiirto taajuudella, jolla vahvistus on yksi ( = 0 db ) Ota tarvittava määrä mittaustuloksia ( vahvistus suhteessa taajuuteen ) piirtääksesi taajuusvastekuvaajan [ A ( db ) = f ( f ) ] taajuusalueella 10Hz 1 MHz. 1.2 Vahvistinkytkentä kuvan 4 mukainen, - R2 = 47 kω ja R1 = 100 Ω - Säädä funktiogeneraattorin amplitudiksi 10 mvp, voit nostaa lähtötasoa mittauksen helpottamiseksi, kunhan signaali on vaimentunut riittävästi. Aaltomuoto: Siniaalto Laske kytkennän DC vahvistus ( Au ja db ) Mittaa kytkennän ylärajataajuus ( -3 db DC vahvistuksesta ) ja vaihesiirto ylärajataajuudella Mittaa kytkennän vahvistuskaistanleveys Ota tarvittava määrä mittaustuloksia piirtääksesi taajuusvastekuvaajan taajuusalueella 10Hz 1 MHz. TYÖ 2, Lähtöjännitteen nousunopeuden määritys 2.1. Mittaus: - Kytkentä kuvan 4 mukainen - R2 = 47 kω ja R1 = 1 kω - Aaltomuoto: kanttiaalto - Amplitudi 1 Vp Säädä taajuutta siten,että lähtöjännite on kolmioaaltoa ( syöttö edelleen kanttia ) Määritä nyt reunan nousunopeuden avulla vahvistimen lähtöjännitteen muutosnopeus ( V / µs ) Onko muutosnopeus samansuuruinen nousevalla ja laskevalla reunalla?

5 TYÖ 3, Operaatiovahvistimen nollaus Kytkentä: Työssä 3 kytkentä kuvan 5 mukainen Kuva 5. Offset:n mittaus 3.1 Tulon erojännitteen määritys Mittaukset: - R1:n arvoksi 1 kω Laske DC vahvistus Mittaa lähtöjännite ( DC ) Mittaukset: - R1:n arvoksi Laske DC vahvistus Mittaa lähtöjännite ( DC ) Tulon erojännitteen määritys, määritä työn tulosten perusteella: Input Offset Voltage,V i o, eli tulojen välinen jännite-ero

6 3.2 Nollaustrimmerin lisääminen ja nollaus: Kytkentä: Lisää työn kytkentään ( kuva 5 ) trimmeri oheisen datakirjakuvan ( kuva 6 ) mukaisesti. Jos 10 kω trimmereitä ei ole, voi siinä käyttää 1 kω 100 kω trimmeriä. kuva 6. Offset:n nollaus ( National Semiconductor, LM741 datasheet ) Säätö: Säädä nyt lähtöjännite (trimmerin avulla ) mahdollisimman lähelle nollaa Mittaa: Lähtöjännite ja lämpötila 3.3 Lämpötilan vaikutus tulon erojänniteeseen Lämmitä operaatiovahvistinta hiustenkuivaimella, siis EI KUUMAILMAPUHALTIMTLLA!!!! Mittaa: Lähtöjännite ja lämpötila Määritä nyt lähtöjännitteen muutoksen, lämpötilamuutoksen ja vahvistuksen avulla, ( Mittaukset ja sekä lasku ) mikä on tulojen jännite-eron muutos lämpötilan muuttuessa ( V IO(T) tai V OS / T ) Huom: Input offset voltagen muutos lämpötilan suhteen on piiriyksilökohtainen. TYÖ 4 Datatiedot Etsi käyttämäsi piirin datatiedoista: - Datatietojen antaja ( Valmistaja ) ja tarkka tyyppi - Tyypillinen- ja huonoin arvo ( Jos molemmat annettu ) - Käyttöjännite ja lämpötila, joilla ko. parametri on annettu 4.1 Vahvistuskaistanleveys? 4.2 Lähtöjännitteen max. muutosnopeus? 4.3 Tulon erojännite? 4.4 Tulon erojännitteen muutos lämpötilan muuttuessa? 4.5 Tuloresistanssi? 4.6 Tulon virta ( Tuloasteen kantavirta )? 4.7 Tulon virtojen ero? TYÖSTÄ TEHDÄÄN SELOSTUS,JONKA VIIMEINEN PALAUTUSPÄIVÄ ON : / 2009