1 UKŁADY PRACY WZMACNIACZY OPERACYJNYCHPrzygotowała Grażyna Chrustowska

2 ZAŁOŻENIA Iwe+= Iwe- Literami oznacza się węzłyRezystancja wejściowa jest nieskończenie duża czyli: Iwe+= Iwe- Literami oznacza się węzły (np. A,B) i napięcia (np.UA,UB) ΔU = UA – UB = 0 więc UA = UB

3 WZMACNIACZ ODWRACAJĄCYI1 = I2 UA = UB = 0 I1 = (U1-UA)/R1 I2 = (UA-Uwy)/R2 Ponieważ I1 = I2 Uwy = -(R2/R1)U1 Wzmocnienie napięciowe układu Ku = -R2/R1 „-” oznacza odwrócenie napięcia wyjściowego względem wejściowego

4 WZMACNIACZ NIEODWRACAJĄCYI1 = I2 UB = U1 = UA U1/R1 = (Uwy – U1)/R2 Ku = Uwy/U1 = (R1+R2)/R1 Ku = 1 + R2/R1

5 Uwy=-R(U1/R1+U2/R2+…+UN/RN)WZMACNIACZ SUMUJĄCY UA = UB = 0 I1 + I2 + I3 +…+IN = I Uwy=-R(U1/R1+U2/R2+…+UN/RN)

6 WZMACNIACZ RÓŻNICOWY UA = UB I1 = I3 I2 = I4 Gdy R2R3 = R1R4Uwy = (R3/R1)(U2-U1)

7 WZMACNIACZ CAŁKUJĄCY (INTEGRATOR)Integrator otrzymuje się przez włączenie kondensatora C w obwód sprzężenia zwrotnego. Z1=R1 Z2=1/jωC Wzmocnienie układu ku = -Z2/Z1 = -1/jωR1C

8 WZMACNIACZ RÓŻNICZKUJĄCYWzmacniacz różniczkujący otrzymuje się przez włączenie na wejście odwracające kondensatora C. Ku=-Z2/Z1 Z1=1/jωC Z2=R1 Ku=-jωR1C

9 WTÓRNIK NAPIĘCIOWY Uzyskuje się ze wzmacniacza nieodwracającego przy zastosowaniu rezystora R1 o bardzo dużej wartości (R1→∞). Wartość R powinna być równa wartości rezystancji źródła sygnału wejściowego. Układ charakteryzuje bardzo duża rezystancja wejściowa i mała rezystancja wyjściowa. ku = 1

10 KONWERTER PRĄD - NAPIĘCIEPrzetwarza sygnał prądowy na sygnał napięciowy. Uwy = -IR Układ charakteryzuje się małą rezystancją wejściową. Może współpracować tylko ze źródłami prądowymi (o dużej rezystancji wewnętrznej).

11 Uwy = -U1(1-jωCR2)/(1+jωCR2)PRZESUWNIK FAZOWY Przesuwa fazę napięcia wyjściowego względem wejściowego. Jeżeli rezystancja R2=0 to potencjał wejścia nieodwracającego=0; kondensator nie odgrywa istotnej roli w działaniu układu. Otrzymujemy zwykły układ odwracający dla którego ku = -1 Uwy = -U1(1-jωCR2)/(1+jωCR2) Zmieniając R2 od 0 do nieskończoności uzyskuje się przesunięcie fazowe od -1800 do

12 PROSTOWNIK IDEALNY Diody pełnią w układzie funkcję przełączników.

13 ZADANIA

14 ZADANIA Zadanie 2. Zadanie1. 1.Jaki to układ?2.Oblicz wzmocnienie napięciowe. 3. Jakie napięcie wskazuje miernik? 1.Jaki to układ? 2.Oblicz napięcie na wyjściu układu.

15 ZADANIA Zadanie 3. Zadanie 4.1.Jakie przesunięcie fazowe wprowadza ten układ? 1.Jakie napięcie wskazuje miernik?

16 ZADANIA Zadanie 5. Zadanie 6. 1.Jaki to układ? 1.Jaki to układ?2.Jaką wartość musi mieć rezystor R2 aby przy R1=1kΩ uzyskać wzmocnienie 50V/V? 1.Jaki to układ? 2.Oblicz wzmocnienie układu dla częstotliwości 10Hz i 1000Hz jeżeli R1=100Ω, C=1μF. 3. Wyprowadź wzór na wzmocnienie napięciowe układu, jeżeli równolegle do kondensatora dołączymy rezystor R3.

17 ZADANIA Zadanie 8. Zadanie7. 1.Jaki to układ?2.Oblicz wzmocnienie napięciowe układu przy częstotliwości 10kHz, jeżeli R1=1kΩ, C=1μF. 3.Wyprowadź wzór na wzmocnienie napięciowe układu, jeżeli szeregowo z kondensatorem włączymy rezystor R3 1.Opisz działanie układu dla napięcia wejściowego sinusoidalnie zmiennego. 2. Narysuj przebiegi wyjściowe na tle napięcia wejściowego.

18 ODPOWIEDZI

19 WZMACNIACZ ODWRACAJĄCYZADANIE 1 WZMACNIACZ ODWRACAJĄCY Ku = -R2/R1 = -2V/V Uwy = ku*Uwe = -2*4 = -8V

20 WZMACNIACZ RÓŻNICOWY ZADANIE 2 Miernik wskazuje napięcieUwy = R3/R1(U2 – U1) = 2(8 – 3) = 10V

21 WZMACNIACZ SUMUJĄCY ZADANIE 3 Miernik wskazuje napięcieUwy = -R2(Uwe1/R1 + Uwe2/R2) = -4(3/2 +4/2) = -4*7/2 = -14V

22 Układ wprowadza przesunięcie fazowe = -90oZADANIE 4 WZMACNIACZ CAŁKUJĄCY Układ wprowadza przesunięcie fazowe = -90o

23 ODPOWIEDZI Zadanie 5. 1. Wzmacniacz nieodwracający2. Ku = (R1 + R2)/R1 kuR1 = R1 + R2 R2 = kuR1 – R1 = R1(ku – 1) R2 = 1(50 – 1) = 49 kΩ Zadanie 6. 1.Wzmacniacz całkujący 2. ku = j/ωR1C = j/62,8*102*10-6 = =104/62,8 = 160V/V ku = j/6280*10-4 = 103/628 = 1,6 V/V 3. Z = -R3/R1*1/(1 + jωR3C)

24 ODPOWIEDZI ZADANIE 7 ZADANIE 8 1.Wzmacniacz różniczkujący2.ku = -jωR1C = -j6,28*104*103*10-6 = -j6,28 * 10 = -j62,8V/V 3.Z1 = 1/jωC + R3 Z2 = R1 ku = _Z2/Z1 = -jωR1C/(1 + jωR3C) ZADANIE 8 Dla napięcia wejściowego o dodatniej wartości, ujemne sprzężenie zwrotne zamyka się przez R1 i D1 (D1 przewodzi, D2 zablokowana). Uwy = 0. Dla napięcia wejściowego o ujemnej wartości, ujemne sprzężenie zwrotne zamyka się przez R2 i D2 (D2 przewodzi, D1 zablokowana). Uwy = -U1*R2/R + UD2

25 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ