OSKILLOSKOOPPIMITTAUKSIA 1 OSKILLOSKOOPPI 1.1 Katodisädeputki Katodisädeputkioskilloskooppi on elektroninen mittauslaite, jonka avulla voidaan tutkia ajan suhteen muuttuvia sähköisiä ilmiöitä. Oskilloskoopin keskeisin osa on katodisädeputki, jonka kuvapinnalle tarkasteltavana oleva ilmiö saadaan näkyviin. Periaatteessa samanlaisia laitteita ovat myös mm. television ja tutkan kuvaputket. Oskilloskoopin katodisädeputken kaaviokuva on esitetty kuvassa 1. Elektronitykki y-levyt x-levyt B A Anodi Fokusointielektrodi Katodi Ohjaushila Kiihdytyselektrodi y-vahvistin x-vahvistin Kuvapinta Kuva 1. Katodisädeputken perusrakenne. Katodisädeputken perusosat ovat: - elektronitykki, jonka muodostaa katodi, ohjaushila, kiihdytyshila, fokusointielektrodi ja anodi, - poikkeusjärjestelmä (vaaka- ja pystypoikkeutuslevyparit eli X- ja Y-levyt) ja - valaiseva kuvapinta. Elektronisuihku, joka on fokusoitu hyvin kapeaksi, törmää fluoresoivalle kuvapinnalle, mihin muodostuu selvästi havaittava valopiste. Täten tulee mahdolliseksi tutkia elektronisuihkun kulkua poikkeutusjännitteen ohjaamana. Elektronitykin tehtävänä on synnyttää terävä elektronisuihku eli säde, joka kulkee kahden toisiaan vastaan kohtisuoran levyparin X ja Y välistä kuvapinnalle. Osuessaan kuvapinnalle säde synnyttää kirkkaan valopisteen A. Kuvapinnalle syntyy varsinainen kuva vasta, kun pistettä voidaan liikuttaa eli suihkua poikkeuttaa alkuperäisestä suunnasta. Tätä varten oskilloskoopissa on sähköinen poikkeutusjärjestelmä. Jos esimerkiksi levyparin X levyjen välille kytketään tasajännite, niin suihku kulkee osan matkasta sähkökentässä, joka poikkeuttaa sitä vaakasuorassa suunnassa. Kuvapiste syntyy nyt esimerkiksi kohtaan B. Siirtymä AB on verrannollinen X-levyjen väliseen jännite-eroon. Vastaavasti Y-levyille tuotu jännite poikkeuttaa sädettä pystysuorassa suunnassa.
1.2 Pyyhkäisy Tutkittaessa ajan mukana jaksollisesti muuttuvaa jännitettä toimii X-akseli tavallisesti aikaakselina, ts. X-levyille johdetaan ajan suhteen tasaisesti muuttuva jännite, ns. pyyhkäisyjännite. Vastaavasti Y-levyille johdetaan tarkasteltavana oleva jännite. Oskilloskoopin kuvapinnalle piirtyy tällöin käyrä, joka kuvaa tutkittavan jännitteen muuttumista ajan suhteen (kuva 2). Pyyhkäisyjännite synnytetään pyyhkäisygeneraattorissa, johon liittyvät tahdistus- ja liipaisuparit (synkronointi- ja triggeripiirit). -v 2 t 0 -v 1 0 v 1 v 2 t 1 v x t 2 t 3 t 4 v y t 5 t 6 t t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t Tutkittava jännite Kuva 2. Kuvan piirtyminen oskilloskoopin kuvapinnalle. Jotta haluttu osa käyrää saataisiin tarkoituksenmukaisesti osumaan kuvapinnalle, on pyyhkäisyn alettava oikealla hetkellä ja tapahduttava sopivalla nopeudella. Jaksollista ilmiötä tarkasteltaessa on pyyhkäisykin toistuva, sen nopeuden ja toistumistaajuuden on samoin oltava sopiva. Oskilloskoopeissa pyyhkäisyjännite on yleensä sahalaitajännite (kuva 3). Tahdistus tapahtuu katkaisemalla tahdistuspulssilla pyyhkäisy siten, että piste etenee määrätyn matkan oikealle ja palaa sitten nopeasti vasempaan reunaan ja lähtee heti uudelleen liikkumaan oikealle. v x t 0 t 1 t 2 t Kuva 3. Sahalaitajännite. Pyyhkäisyjännitteen tahdistukseen voidaan käyttää myös erilaista liipaisupulssia. Tällöin piste odottaa vasemmassa reunassa, kunnes se liipaisupulssin tullessa lähtee oikealle. Määrätyn
matkan kuljettuaan piste palaa nopeasti vasemmalle odottamaan seuraavaa liipaisupulssia. On selvää, että liipaisun on tavalla tai toisella tapahduttava tarkasteltavan ilmiön tahdissa, jotta näkyviin saataisiin haluttu osa käyrää ja jotta toistuvasta ilmiöstä aina täsmälleen sama kohta osuisi kuvaputkelle niin, että saadaan paikallaan pysyvä kuva. Tätä varten on oskilloskoopeissa liipaisupiirit. Liipaisu voi olla joko ulkoinen tai sisäinen. Edellisellä tarkoitetaan sitä, että liipaisupiirejä ohjaa jännite, joka on yhteydessä tutkittavaan ilmiöön. Jälkimmäisessä tapauksessa liipaisupiirien ohjausjännite otetaan oskilloskoopin omasta Y-vahvistimesta, ts. liipaisu tapahtuu oskilloskoopissa näkyvän käyrän muodon ohjaamana. Myös verkkojännitettä voidaan käyttää tahdistuksen suorittamiseen. 1.3 Kaksikanavainen oskilloskooppi Y A Y A Vahvistin KANAVA A Vahvistin KANAVA B Elektronikytkin Elektronitykki Y-vahvistin X-TULO LIIPAISU V/CM TIME/CM X-vahvistin A B EXT Pyyhkäisygeneraattori Kuva 4. Kaksikanavaisen oskilloskoopin lohkokaavio. Kuva 4 esittää kaksikanavaisen oskilloskoopin rakennetta. Laitteessa on kaksi tulokanavaa (A ja B tai 1 ja 2), joita vastaavat kuvaajat saadaan samanaikaisesti näkyviin kuvapinnalle. Tämän mahdollistaa elektroninen kytkin, joka kytkee kanavien tulovahvistimien lähdöt vuorotellen Y- vahvistimen tuloon. Vaihtaminen voi tapahtua siten, että kuvapiste ensin piirtää toisen kanavan signaalin kuvaajan, palaa sitten sammutettuna kuvapinnan vasempaan reunaan ja piirtää sitten toisen kanavan kuvaajan. Toinen mahdollisuus on, että vaihtaminen tapahtuu niin nopeasti, että kuvapiste piirtää kummankin kanavan signaalien kuvaajat lyhyinä paloina saman pyyhkäisyn aikana. Kuva 5 esittää erään harjoitustöissä käytettävän analogisen oskilloskoopin etupaneelia. Oskilloskooppi on luonteeltaan tyypillinen yleisinstrumentti ja siksi siltä vaaditaan suurta monipuolisuutta. Tyypillinen oskilloskoopin aika-akselin pyyhkäisyaika saattaa olla aseteltavissa yhdestä nanosekunnista kymmeneen sekuntiin ja y-akselin vaatima poikkeutusjännite sadasta voltista mikrovolttiin.
Katodisädeputken luonteesta johtuu, että sitä on vaikea rakentaa ideaalisen tarkaksi ja lineaariseksi. Oskilloskoopin käyttötarkoitus on alkujaan ollutkin nimenomaan ilmiöiden havainnollistaminen mieluummin kuin tarkkuusmittausten suorittaminen. Nykyisillä laitteilla mittaustarkkuus on 2 5 %. Tarkimmat mittaukset edellyttävät oskilloskoopin kalibrointia. Erityisen sopivia oskilloskoopilla tarkasteltavia ilmiöitä ovat kaikki jaksolliset tai toistuvat tapahtumat, joita löytyy runsaasti muiltakin tieteen ja tekniikan aloilta kuin pelkästään sähkötekniikasta. Kuva 5. Goldstar OS7020A oskilloskoopin etupaneeli. Goldstar OS-7020A oskilloskoopin etulevy Verkko Pyyhkäisy ja liipaisu 1 POWER Virtakytkin 23 TIME/DIV Pyyhkäisynopeuden valitsin 2 Verkkovirran merkkivalo 24 VARIABLE Pyyhkäisynopeuden hienosäätö Näyttö 3 INTEN Kirkkauden säädin PULL X 10 Kuvan levitys 10-kertaiseksi MAG (nuppi ulosvedettynä) 4 FOCUS Terävyyden säädin 25 UNCAL Aika-akselin kalibroinntin varoitusvalo 5 TRACE ROTATION Kuvan kallistuman korjaus 26 POSITION Kuvan sivusuuntaisen paikan säädin 6 SCALE Asteikkovalon säädin 27 HOLD OFF Pyyhkäisyjen välisen ajan säädin Y- 28 MODE Liipaisutavan valitsin vahvistin 9 INPUT Kanavan 1 tulo, x-tulo AUTO Automaattinen pyyhkäisy ilman liipaisevaa signaaliakin 10 INPUT Kanavan 2 tulo, y-tulo NORM Pyyhkäisy vain liipaisun tapahduttua 11,12 AC/ Vaihtojännite/ TV-V Videosignaalin tarkastelu
GND/DC maa/tasajännitevalitsimet kuvataajuudella 13,14 VOLTS/DIV Jännitealueen valitsimet TV-H Videosignaalin tarkastelu juovataajuudella 15,16 VARIABLE Jännitealueen hienosäätö 29 COUPLING Liipaisevan signaalin muokkauksen valitsin 17,18 UNCAL Jännitekalibrointien varoituskalvot AC Poistetaan tasajännitekomponentti 19,20 POSITION Kuvan pystysuuntaisen HF REJ. Poistetaan yli 4 khz:n PULL ADD paikan säädin Kanavien 1 ja 2 summan valitsin (summa saadaan vetämällä nuppi ulos) taajuudet LF REJ. Poistetaan alle 4 khz:n taajuudet PULL CH2 Kanavan 2 napaisuuden DC Signaalia ei muokata lainkaan vaihdin INV (napaisuus vaihdetaan 30 SOURCE Liipaisevan signaalin valitsin vetämällä nuppi ulos) 21 MODE Näyttötavan valitsin CH1 Kanavan 1 tulosignaali CH1 Näytössä kanavan 1 CH2 Kanavan 2 tulosignaali signaali CH2 Näytössä kanavan 2 LINE Liipaisu tahdistuu signaali verkkojännitteeseen ALT Kanavien 1 ja 2 signaalit näytetään vuorotellen peräkkäisillä pyyhkäyksillä EXT EXT TRIG IN tuloon tuotu signaali 2 PYYHKÄISYPIIRIT CHOP Kanavien 1 ja 2 signaalit 31 EXT TRIG Ulkoisen liipaisusignaalin tulo IN näytetään samalla 32 LEVEL Liipaisutason säädin pyyhkäisyllä; kuvapiste SLOPE Liipaisukohdan valinta vaihta kanavaa 250 Hz:n nousevalta () tai laskevalta (-) käyrän osalta 2.1 Sahalaita-aallon synnyttäminen taajuudella 33 TRIG D Liipaisun merkkivalo Muuta 35 CAL Kalibrointijännitteen lähtö 36 Maadoitusliitin Oskilloskoopin vaakapoikkeutusjännitteelle (kuva 3) on ominaista lineaarinen nousu ja suhteellisen nopea laskun alkuarvoon. Tällaisella sahalaita-aallolla on käyttöä myös esimerkiksi television vaaka- ja pystypoikkeutusjännitteinä ja monissa säätöjärjestelmissä ajoitussignaalina. Sahalaita-aallon synnyttäminen perustuu kondensaattorin lataamiseen ja sitä seuraavaan varauksen purkamiseen. Koska jännite kasvaa latauksen aikana eksponentiaalisesti, käytetään usein erilaisia linearisoivia lisäpiirejä. Tarkastellaan aluksi kuvan 6 esittämää yksinkertaista pyyhkäisypiiriä. Kun kytkin k avataan, alkaa kondensaattorin C jännite nousta eksponentiaalisesti kohti arvoa, Kun jännite on noussut arvoon, kytkin k suljetaan. Silloin kondensaattorin varaus purkautuu vastuksen R 2 kautta, ja laskee eksponentiaalisesti. Kun se on laskenut arvoon, avataan kytkin k, jolloin kondensaattori alkaa taas latautua.
R 1 R 2 I E C U c Kuva 6. Yksinkertainen pyyhkäisypiiri. Latautumis- ja purkautumisaikojen laskemiseksi otetaan lähtökohdaksi yhtälö k missä on latauspiirissä kulkeva virta ja kondensaattoriin varastoitunut sähkömäärä. Koska, saadaan (1) (2) Tästä (3) Alkuehdosta, kun saadaan vakiolle arvo. Siten (4) ja (5) Käyttämällä kuvassa 7 määriteltyjä ajankohtia,, ja saadaan (6) ja (7) Siten (8)
U c E U p U m U o t m t p t m1 c t 1 t 2 Kuva 7. Kuvan 6 oskillaattorin aaltomuoto. t 1 on lataus- ja t 2 purkausaika. Vastaavanlainen tarkastelu voidaan suorittaa myös tilanteessa, jossa kytkin k on suljettu ja kondensaattorin jännite laskee kohti arvoa Tällöin päädytään tulokseen (9) Mikäli lataaminen ja purkaminen toistetaan jaksollisesti, on syntyvän pyyhkäisyjännitteen taajuus (10) 2.2 Unistorioskillaattori Unistori eli yksiliitostransistori (unijunction transistor, UJT) eli kaksikantadiodi on puolijohdekomponentti, jonka aktiiviset osat ovat n-tyyppinen puolijohdesauva ja siihen diffusoitu p-tyyppinen emitteri (kts. kuva 8). Puolijohdesauvan päihin on kytketty johtimet kantaelektrodeiksi B 1 ja B 2. Kun emitterin ja B 1 -kannan välinen jännite on pienempi kuin eräs kynnysjännite, on näiden elektrodien muodostaman diodin vastus hyvin suuri ja sen läpi kulkeva virta on pieni (ks. kuva 9). Kun, emitteristä diffundoituvat positiivisesti varautuneet aukot hakeutuvat kohti negatiivisempaa kantaa B 1. Aukkojen muodostama positiivinen varaus vetää puoleensa elektroneja B 1 :stä. Näin diodin vastus pienenee. :n kasvaessa vastus pienenee suhteellisesti nopeammin ja differentiaalinen vastus. Kynnysjännite riippuu kantojen B 1 ja B 2 välisestä jännitteestä yhtälön esittämällä tavalla, missä on UJT:lle ominainen vakio (luokkaa 0,4 0,6). (11)
B 2 B 2 emitteri I E p N U BB E U EB 1 B 1 B 1 Kuva 8. Unistorin periaatteellinen rakenne ja piirrosmerkki. I E U BB > 0 negatiivisen resistanssin alue I B 2 = 0 I p U p Kuva 9. Unistorin ominaiskäyrästö. Kuvassa 10 on katkoviivan sisällä pyyhkäisypiiri, joka on saatu kuvan 6 piiristä korvaamalla kytkin k unistorilla. Kun unistori on sulkutilassa, kondensaattori C latautuu vastuksen R 1 kautta kunnes emitterin potentiaali kantaan B 1 nähden saavuttaa arvon. Silloin UJT joutuu johtavaan tilaan ja kondensaattorin lataus purkautuu sen kautta maahan. Jos vastuksen R 1 kautta kulkeva virta on kyllin pieni, UJT sulkeutuu uudelleen kondensaattorin jännitteen laskeuduttua kylliksi. Tällöin kondensaattori alkaa taas latautua. Sahalaita-aalto saadaan siten pisteestä A. Kun UJT:n vastus on kondensaattorin purkautumisen aikana pieni, on pisteen B potentiaali maahan nähden silloin pienempi kuin kondensaattorin latautumisen aikana. Siksi pisteestä B saadaan lyhyitä jännitepiikkejä, joista oskillaattorin taajuus voidaan mitata taajuuslaskimella.
R 1 R B Oskilloskoopin tuloon A A C E B 2 B 1 B Oskilloskoopin tuloon B ja laskimeen V E Kuva 10. Unistorioskillaattori. 3 MIKROPIIRIVAHVISTIN 3.1 Mikropiireistä Mikropiiri on pieneen kokoon määrätyillä menetelmillä pakattu kytkentä, jossa on joukko komponentteja (transistoreita, vastuksia ja kondensaattoreita) sähköisesti toisiinsa kytkettyinä. Mikropiirejä sanotaan myös integroiduiksi piireiksi eli IC-piireiksi ja ne jaetaan kahteen luokkaan, lineaarisiin ja digitaalisiin piireihin. Lineaariset mikropiirit voivat olla monikäyttöisiä tai tiettyyn tarkoitukseen suunniteltuja erikoispiirejä. Monikäyttöiset piirit ovat ns. operaatiovahvistimia, joilla voidaan suorittaa monenlaisia piiritoimintoja erilaisia takaisinkytkentöjä käyttäen. Erikoispiirit on suunniteltu tiettyä erikoistoimintaa varten. Tällaisista piireistä mainittakoon jännitteen vakavointipiirit ja välitaajuusvahvistinpiirit. Tässä työssä on tarkoitus tutustua operaatiovahvistimeen. 3.2 Operaatiovahvistin Ideaalista operaatiovahvistinta kuvataan seuraavalla sivulla olevan symbolin ja piirimallin avulla.
- 1 - A o 3 e in A o e in Z in - Z out 3 2 e out Kuva 11. Operaatiovahvistimen symboli ja piirimalli. Operaatiovahvistimen piirimallissa = avoimen piirin jännitevahvistus, = sisäänmenojännite, = ulostulojännite, = sisäänmenoimpedanssi (-resistanssi) ja = ulostuloimpedanssi (-resistanssi). Ideaalinen operaatiovahvistin määritellään seuraavasti: 1 o = 2 o = 3 o = 0 4 o napojen 1 ja 2 läpi ei kulje virtaa 5 o jos, niin myös. Todellinen operaatiovahvistinpiiri pyritään valmistamaan niin, että lähestytään edellä mainittuja ehtoja. Siis operaatiovahvistinpiirille on ominaista hyvin suuri vahvistus, hyvin suuri sisäänmenoresistanssi ja hyvin pieni ulostuloresistanssi. Koska eli on hyvin pieni, niin avoin operaatiovahvistinpiiri vahvistaa sisäänmenojännitteen (12) 3.3 Takaisinkytketty operaatiovahvistin Operaatiovahvistinta käytetään yleensä takaisinkytkettynä eli ulostulojännitteestä viedään määrätty osa potentiometrisesti sisäänmenoon. Jos takaisinkytketty jännite on vastakkaismerkkinen vahvistettavan jännitteen kanssa, on takaisinkytkentä negatiivinen ja takaisinkytketyn vahvistimen vahvistus on pienempi kuin avoimen piirin vahvistus. Positiivisessa takaisinkytkennässä, jossa takaisinkytketty ja vahvistettava jännite ovat
samanmerkkiset, on suurempi kuin. Oskillaattoreissa käytetään positiivista takaisinkytkentää. Negatiivisesti takaisinkytketty operaatiovahvistin nähdään kuvassa 12, jossa on vahvistettava jännite, on ulostulojännite, ja ovat operaatiovahvistimen käyttöjännitteet, ja muodostavat takaisinkytkentäpotentiometrin ja on ulkoinen kuormavastus. e in 2 1 - U s U s 3 I out e s Z f I e out I out -I Z L e s - e in Z o I Kuva 12. Negatiivisesti takaisinkytketty operaatiovahvistin. Yllä olevassa kytkennässä :n läpi kulkee Ohmin lain mukaan virta Samansuuruinen virta kulkee myös :n läpi, koska operaatiovahvistimen ja napojen läpi ei kulje virtaa. Yhtälöitä (12) ja (13) käyttäen saadaan kuvasta 12 (13) ja siirtämällä ulostulojännitteen edelleen sisältävät termit yhtälön samalle puolelle saadaan (14) Jos (15) niin yhtälössä (14) ja
(16) Siis negatiivisesti takaisinkytketyn operaatiovahvistimen jännitevahvistus (17) yhtälön (16) mukaisesti, jos epäyhtälö (15) on voimassa. Takaisinkytkentävastukset ja voidaan helposti valita niin, että epäyhtälö (15) on voimassa, koska operaatiovahvistinpiirillä on hyvin suuri. Epäyhtälö (15) voidaan myös kirjoittaa muotoon Yhtälöstä (16) havaitaan, että negatiivisesti takaisinkytketyn operaatiovahvistimen vahvistus riippuu vain ulkoisista komponenteista ( ja ), mutta ei riipu itse piiristä, kun epäyhtälö (15) tai (18) on voimassa. Jotta yhtälö (17) olisi voimassa todelliselle operaatiovahvistinpiirille, on lisäksi oletettava, että Oleellista operaatiovahvistimelle on se, että ja - -napojen potentiaalit ovat käytännössä samat, koska ja sama virta kulkee :n ja :n läpi. Tällöin saadaan yhtälö (17) lyhyesti: (18) (19) (20) 4 MITTAUKSET 4.1 Jännite- ja taajuusmittauksia Mitataan äänitaajuusoskillaattorista G (kuvassa 13a) saatavan sinimuotoisen vaihtojännitteen suuruus ja taajuus oskilloskoopilla. Käytetään erilaisia jännitteen ja taajuuden arvoja, jotka valitaan siten, että joudutaan käyttämään oskilloskoopin eri mittausalueita. Jännitteet mitataan myös digitaalimittarilla V ja taajuudet taajuuslaskijalla f. 4.2 Virtamittauksia Oskilloskooppi on luonteeltaan jännitemittari ja kaikki muut suureet on muutettava jännitteeksi, jotta ne voitaisiin sillä mitata. Virran mittaamiseksi kytketään piiriin pieni tunnettu sarjavastus R ja mitataan jännitehäviö sen yli. Virta voidaan sitten laskea Ohmin laista. Työssä tätä menetelmää sovelletaan äänitaajuusoskillaattorista G (kuvassa 13b) saatavan sinimuotoisen vaihtovirran mittaamiseen. Tulosta verrataan virtamittarin A lukemaan.
G f A G R Osk. V Osk. a b Kuva 13. (a) Vaihtojännitteen, taajuuden ja (b) vaihtovirran mittauksissa käytettävät kytkennät. 4.3 Unistorioskillaattori Asetetaan oskilloskoopin tulonvalintakytkimet asentoon DC. Kytketään tulot A ja B maahan ja asetetaan kuvassa näkyvät vaakasuorat janat sopivaan kohtaan kuvapinnan alaosaan (ysuuntainen paikan säätö). Näin saadaan kuvapinnalle jännitteen nollataso. Kytketään tulot A ja B sitten pisteisiin A ja B kuvan 10 mukaan. Piirretään syntyvät kuvaajat ja em. nollataso millimetripaperille assistentin määräämillä käyttöjännitteen ja resistanssin arvoilla. Työssä määritetään sahalaita-aallon taajuus seuraavilla menetelmillä: 1) Luetaan jakson pituus em. kuviosta ja lasketaan taajuus yhtälöstä. 2) Luetaan kuviosta jännitteet ja (ks. kuva 7) ja lasketaan taajuus yhtälöistä (8) ja (10). Purkausaika jätetään huomiotta, koska. 3) Mitataan taajuus suoraan laskimella pisteestä B. 4) Mitataan taajuus äänijaksogeneraattorista saatava sinimuotoinen jännite oskilloskooppiin siten, että se poikkeuttaa kuvapistettä vaaka-akselin suunnassa. Tutkittava sahalaita-aalto viedään edelleenkin oskilloskoopin pystypoikkeutuslevyille. Jos X-levyille kytketty jännite tekee sinivärähdystä sahalaita-aallon jakson aikana, jolloin tämä Y-levyille kytketty jännite kasvaa lineaarisesti, kuvapiste piirtää jännitteiden yhteisvaikutuksesta sinikäyrän, jossa on jaksoa. Sahalaita-aallon laskevalla osalla kuvapiste palaa lähtökohtaansa ja piirtää sitten uuden sinikäyrän. Jos äänijaksogeneraattorin taajuus säädetään sellaiseksi, että oskilloskoopissa nähdään paikallaan pysyvä kuva sinikäyrän :stä jaksosta, saadaan sahalaita-aallon taajuus yhtälöstä (21) Varjostimella näkyvä kuva ei täysin vastaa sinikäyrää. Se johtuu sahalaita-aallon epälineaarisuudesta.
Sahalaita-aalto piirretään aika-jännite-koordinaatistoon ja oskillaattorin taajuus määritetään edellä esitetyillä menetelmillä eri :n arvoilla. 4.4 Operaatiovahvistin Työssä käytetään valmista kytkentää, jossa on takaisinkytketty operaatiovahvistin. Sen ominaisuudet ilmoitetaan työpaikalla. Kytkennässä :ksi voidaan valita katkaisijalla yksi neljästä vastuksesta. 1) Tasajännitteen vahvistaminen Tasajännitelähteestä syötetään vahvistimen sisäänmenonapoihin jännite, joka mitataan esim. digitaalivolttimittarilla. Vahvistimen ulostulonavoista mitataan vahvistettu jännite. Katkaisijan ollessa samassa asennossa (eli samalla :n arvolla) mitataan vastaavasti ainakin toinen arvopari. Toistetaan samat mittaukset kahdesta neljään :n arvolla. Saadut arvoparit sijoitetaan koordinaatistoon. Suoran kulmakerroin on vahvistus (ks. kuva 14). (Kahta arvoparia käytetään sen takia, että todellisella operaatiovahvistimella voi olla pieni vaikka. Kuvassa 14 kuvattu suora ei välttämättä kulje origon kautta, jolloin yhden pisteen avulla laskettu kulmakerroin ei anna oikeaa tulosta.) e out U s e out2 e out1 e s1 e s2 e s Kuva 14. Operaatiovahvistimen vahvistuksen määrittäminen. 2) Vaihtojännitteen vahvistaminen Vaihtojännitegeneraattorista syötetään vahvistimen sisäänmenonapoihin vaihtojännite ( khz). Se ja vahvistettu jännite mitataan oskilloskoopilla kahdesta neljään :n arvolla.
3) Vahvistuksen teoreettinen laskeminen Työssä annetaan :n ja neljän :n arvot suoraan. Lasketaan vahvistuksen teoreettiset arvot yhtälön (17) avulla. Työselostuksessa lopputuloksina ilmoitetaan taulukon muodossa vahvistuksen arvot kohdista 1) ja 2) sekä teoreettiset arvot kohdassa 3). mitatut Piirretään kohdassa 1) mm-paperille ja :n funktiona eri :n arvoille. Lisäksi on todettava, että epäyhtälöt (16) ja (20) ovat hyvin toteutuneet. :nä on kohdassa 1) digitaalivolttimittarin sisäinen resistanssi, joka on suuruusluokkaa 10 M ja kohdassa 2) oskilloskoopin sisäinen resistanssi, jota voidaan pitää äärettömän suurena. HUOM! Ulostulojännite ei voi olla välin ulkopuolella.