6-8- Laboration - Operationsfo rsta rkare
6-8- Introduktion och redovisning Operationsförstärkaren är ett byggblock för analoga konstruktörer. Den går att använda för att förstärka små signaler, för att isolera steg från varandra, jämföra analoga signaler mm. I följande uppgifter så ska du använda den medföljande kretsen LM4 som innehåller 4 st opförstärkare i samma kapsel. Även TL7, OP ua74 eller CA4 går bra att använda om du har tillgång till sådana. Dessa har alla 8 st op-förstärkare och därmed annan bennumrering. Datablad och bild över bennumreringen finns på många ställen, tex på nätet hos elfa.se eller så kan man hitta dem via en sökmotor. Uppgifterna i laborationen ska lösas både praktiskt genom att koppla upp kretsarna och genom att vissa delar simuleras. Laborationen redovisas i första hand enligt lärarens anvisningar. Normalt är redovisningen en rapport som ska för alla uppgifterna innehålla kopplingsschema (samt foto), teoretiska beräkningar och resultat från mätningen/simuleringen (foto, skärmdump, eller oscilloskop-bild) som visar hur du gjort mätningen/simuleringen. Beräkningar kan skrivas direkt i ordbehandlar-mjukvaran eller också skrivas för hand och scannas/fotas in i dokumentet. Spara gärna rapporten i pdf-format. Material De material som behövs är motstånd, kondensatorer, 9V-batteri, 78L5, 79L5, multimeter samt simuleringsprogramvaran OrCAD (eller likvärdig programvara). OP-kretsen ska dubbelmatas t.ex. med ±5 V och detta görs då med de två spänningsregulatorerna på följande sätt: C5.uF C7.uF TS78L5 TS795C C6.uF C8.uF -
- C9 Umeå.uF universitet TS78L5 C.uF R k U=, Ri=kOhm 6-8- Uppgift. Spänningsföljare a) Vi börjar med att skapa en en verklig signalkälla och en last. Beräkna vilken spänning som ligger över lasten RL i följande krets om RL=kΩ: = 5 = Ω signalkälla last b) Simulera och verifiera att ditt teoretiska värde stämmer. (Använd VDC som ideal spänningskälla) c) Skapa en signalkälla med tomgångspänningen 5 V och inre resistans (R i) på ca kω på följande sätt: TS78L5 C9.uF C.uF R k U=, Ri=kOhm d) Anslut signalkällan till en resistiv last R L = kω. Mät spänningen över lasten.
6-8- e) Koppla nu en spänningsföljare mellan signalkällan och lasten. Både i din simulering och i din mätuppkoppling. Vilken spänningsförstärkning har spänningsföljaren? f) Simulera spänningen över lasten. Vilken spänning får du? Och varför? g) Mät spänningen över lasten. Vilken spänning får du? Jämför med teori och simulering. Uppgift. Inverterande förstärkare Konstruera en inverterande förstärkare med OP-förstärkaren som huvudkomponent. Anta att du har en ideal OP-förstärkare. a) Skapa en inverterande förstärkare med spänningsförstärkning db och inimpedans (inresistans i detta fall) på ca kω. Visa hur man räknar ut den teoretiska förstärkningen. a) Rita kopplingsschema (gärna i OrCad). b) Varför är det olämpligt att använda resistorer med låga värden (t.ex. tiotals Ω)? c) Koppla upp din förstärkare. Anslut ca.v (DC eller AC beroende på vad du har tillgång till).vdc kan du exempelvis skapa genom att koppla en vridpot till din -krets till ingången. Mät utsignalens storlek (amplitud) och fas. Stämmer det med teorin? Vad är den praktiska förstärkningen (i din koppling)? d) Bestäm kopplingens maximala och minimala utsignal (mättnadsspänning) genom att simulera kopplingen med en sinussignal som insignal VS med en stor amplitud exvis V. Vid vilka inspänningar får du maximal positiv respektive negativ utspänning (dvs det aktiva området)? Uppgift. Icke-inverterande förstärkare Konstruera en icke-inverterande förstärkare med OP-förstärkaren som huvudkomponent. b) Skapa en icke-inverterande förstärkare med spänningsförstärkningen db. Visa hur man räknar ut den teoretiska förstärkningen. c) Rita kopplingsschema (gärna i OrCad). d) Koppla upp din förstärkare. Anslut ca.v (DC eller AC beroende på vad du har tillgång till).vdc kan du exempelvis skapa genom att koppla en vridpot till din -krets till ingången. 4
6-8- Mät utsignalens storlek (amplitud) och fas. Stämmer det med teorin? Vad är den praktiska förstärkningen (i din koppling)? Uppgift 4. Summator Denna uppgift väljer du att simulera eller mäta (eller bägge) a) Konstruera en summator (spänningssummerande förstärkare) med två ingångar med valfri förstärkning. b) Hur ser förhållandet ut mellan utspänningen och inspänningarna? c) Rita kopplingsschema (i OrCad). d) Anslut lämpliga inspänningar på ingångarna, mät/simulera och visa utspänningen för att verifiera att din krets fungerar. Uppgift 5. Differentialförstärkare Denna uppgift väljer du att simulera eller mäta (eller bägge) a) Konstruera en differentialförstärkare med valfri förstärkning. b) Hur ser förhållandet ut mellan utspänningen och inspänningarna? c) Rita kopplingsschema (i OrCad). d) Anslut lämpliga inspänningar på ingångarna,mät/simulera och visa utspänningen för att verifiera att din krets fungerar. 5