EPO 10 - Katedra rádioelektroniky FEI STU v Bratislave

ELEKTRONICKÉ PRVKY A OBVODY V1.0 20.4.2011
EPO 10
Meno a priezvisko: ________________________________ Krúžok/skupina: ___/___ Dátum: _______
1. Na obrázku je schéma DOZ pre malé signály, vysvetlite význam jednotlivých prvkov a veličín!
+
R o
u 1 r
R Z A
D
u o
−
2. V simulačnom programe nakreslite schému na verifikáciu frekvenčných vlastností operačného zosilňovača
LM741 ( knižnica Component - Analog Library – Opamp - General ). Parameter modelu operačného
zosilňovača nastavte LEVEL = 2. Hodnota odporu Rz je rovná vstupnému odporu sondy osciloskopu.
Označte čísla uzlov rovnako ako sú označené v simulačnom programe, zapíšte nastavenie generátora
vstupného signálu! Aby operačný zosilňovač pracoval musí mať správne napájanie, na schéme označte
polaritu napájacieho napätia!
LM741
R Z
3. Simuláciou zistite priebeh modulovej a fázovej frekvenčnej charakteristiky operačného zosilňovača vo
frekvenčnom pásme 0.1Hz až 100MHz.
a) z výsledku simulácie určite šírku pásma zosilňovača B_______________________________________
b) vypočítajte koľkokrát zosilňovač zosilňuje v tomto pásme t.j. A 0 ________________________________
c) určte pri akej frekvencii f t zosilňovač už nezosilňuje vstupný signál, t.j. A u =1, A u =0dB_____________
4. Aby ste mohli porovnať priebeh modulovej a fázovej frekvenčnej charakteristiky operačného zosilňovača
bez spätnej väzby a so spätnou väzbou v simulačnom programe upravte schému a) tak aby vzniklo zapojenie
operačného zosilňovača so zápornou spätnou väzbou, t.j. nakreslite schému invertujúceho zosilňovača b).
Označte čísla uzlov a hodnoty prvkov rovnako ako sú označené v simulačnom programe, poznačte
nastavenie parametrov generátora vstupného signálu, na schéme označte polaritu napájacieho napätia!
a) vypočítajte aké zosilnenie Au bude mať daný obvod s hodnotami rezistorov R1=5k1Ω a R2=51kΩ,
Au= - ( R2 / R1)=_______
Invertujúci zosilňovač
a) LM741
b)
R Z
R 2
Vout
51k A =
R 1
Vin
R Z
= −
R2
R
1
5k1
V in V out
5. Simuláciou zistite priebeh modulovej a fázovej frekvenčnej charakteristiky operačného zosilňovača bez
spätnej väzby a so spätnou väzbou vo frekvenčnom pásme 0.1Hz až 100MHz (úlohy 2,4). Výsledok
simulácie nakreslite!
a) z výsledku simulácie určte šírku pásma a zosilnenie zosilňovača so spätnou väzbou! ________________
b) analyticky overte zosilnenie so spätnou väzbou!______________________________________________
c) ako vplýva spätná väzba na šírku prenášaného pásma ________________________________________
Katedra rádioelektroniky FEI STU ©Brezović Strana 1 / 6

ELEKTRONICKÉ PRVKY A OBVODY V1.0 20.4.2011
6. Na kontaktnom poli zapojte invertujúci zosilňovač s operačným zosilňovačom 741. Symetrické napájacie
napätie U CC = ±6 V je generované stabilizátorom napätia. Striedavý vstupný signál je generovaný
generátorom na kanáli CH1. Nakreslite schému zapojenia meracieho pracoviska. Pred začiatkom merania
oslovte pedagóga aby skontroloval vami zapojené pracovisko
U Z
6V
U Z
6V
No
connection
V+ (Power)
Output
Offset null
8 7 6 5
Generátor
DG1022
OUT (CH1)
OUT (CH2)
GND
Invertujúci zosilňovač
R 2
51k
R 1
5k1
Osciloskop
DS1102E
A (CH1)
B (CH2)
GND
1 2 3 4
Offset null
Inverting (-)
Non-Inverting (+)
(Power) V-
OA 741
7. Urobte meranie časového priebehu vstupného a výstupného napätia diferenčného zosilňovacieho stupňa :
b) na generátore funkcií nastavte v kanáli CH1 sínusový signál s frekvenciou F req = 1 kHz a s amplitúdou
A mpl = 100 mVpp. Po pripojení signálu nastavte časovú základňu osciloskopu tak, aby boli zobrazené
dve periódy výstupného signálu,
c) odmerajte rozkmit vstupného a výstupného signálu a overte veľkosť zosilnenia A u . Nakreslite priebehy
signálu, aký je fázový posun medzi vstupným a výstupným signálom ___________________________
d) preladením generátora zmerajte závislosť prenosu od frekvencie, namerané hodnoty zapíšte do tabuľky
Freq [Hz] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M A mpl =100 mVpp
U vyst [V]
A [-]
Do akej frekvencie zosilňovač ešte zosilňuje signál _______________________________________
e) zmeňte amplitúdu vstupného signálu A mpl = 1 Vpp. Aký signál dostanete na výstupe ______________
Katedra rádioelektroniky FEI STU ©Brezović Strana 2 / 6

ELEKTRONICKÉ PRVKY A OBVODY V1.0 20.4.2011
Rigol
CH1:______ CH2:______ Time Base:________
8. Na kontaktnom poli modifikujte zapojenie invertujúceho zosilňovača tak, aby ste realizovali sčítanie dvoch
signálov, t.j. realizujte sumačný obvod podľa uvedenej schémy. Nakreslite schému zapojenia meracieho
pracoviska. Pred začiatkom merania oslovte učiteľa aby skontroloval pracovisko
U Z
6V
U Z
6V
R A
5k1
51k
V
out
⎛ R
f
R
f ⎞
= −
⎜ v +
⎟
A
vB
⎝ RA
RB
⎠
Generátor
DG1022
OUT (CH1)
OUT (CH2)
GND
R F
R B
V A
V B
5k1
V out
Osciloskop
DS1102E
A (CH1)
B (CH2)
GND
9. Realizujte meranie časového priebehu vstupného a výstupného napätia sumačného obvodu :
a) na generátore funkcií nastavte v kanáli CH1 sínusový signál Sine s frekvenciou F req = 8 kHz
a s amplitúdou A mpl = 100 mVpp. V kanáli CH2 nastavte obdĺžnikový signál Ramp s frekvenciou F req =
1 kHz a s amplitúdou A mpl = 300 mVpp. Po pripojení signálu nastavte časovú základňu osciloskopu tak,
aby boli zobrazené dve periódy výstupného signálu. Nakreslite priebehy signálu.
b) zosilnenie výstupného signálu je dané uvedeným vzťahom V out na obrázku. Akú hodnotu rezistora R 2 by
ste zvolili, aby signál B bol zosilnený 20-krát R 2 = _________
Rigol
CH1:______ CH2:______ Time Base:________
Katedra rádioelektroniky FEI STU ©Brezović Strana 3 / 6

ELEKTRONICKÉ PRVKY A OBVODY V1.0 20.4.2011
10. Na kontaktnom poli modifikujte zapojenie invertujúceho zosilňovača výmenou spätnoväzobného rezistora
za kondenzátor tak, aby ste realizovali integrátor podľa uvedenej schémy. Nakreslite schému zapojenia
meracieho pracoviska. Pred začiatkom merania oslovte učiteľa – kontrola pracoviska
U Z
6V
U Z
6V
Generátor
DG1022
OUT (CH1)
OUT (CH2)
GND
5k1
10nF
C F
V in
R 1
V out
V
out
t
1
= − ∫ vAdt
+ V
RC
0
Osciloskop
DS1102E
A (CH1)
B (CH2)
GND
11. Pozorujte priebeh vstupného a výstupného napätia integrátora:
a) na generátore funkcií nastavte obdĺžnikový signál Square s frekvenciou F req = 1 kHz a s amplitúdou
A mpl = 2 Vpp. Po pripojení signálu nastavte časovú základňu osciloskopu tak, aby boli zobrazené dve
periódy výstupného signálu. Aký tvar má výstupný signál____________________________
b) zmeňte tvar vstupného signálu na sínusový Sine a pílovitý Ramp. Akú funkciu dostaneme
integrovaním sínusového signálu____________________________________________________
12. Na kontaktnom poli zapojte komparátor s operačným zosilňovačom podľa uvedenej schémy. Symetrické
napájacie napätie U CC = ±6 V je generované stabilizátorom napätia. Striedavý vstupný signál je generovaný
generátorom v kanáli CH1. Nakreslite schému zapojenia meracieho pracoviska. Pred začiatkom merania
oslovte učiteľa – kontrola pracoviska
Initial
U Z
6V
U Z
6V
Generátor
DG1022
OUT (CH1)
OUT (CH2)
GND
R Pot
10k
V in
V cc
V ref
R Z
Osciloskop
DS1102E
A (CH1)
B (CH2)
GND
13. Realizujte meranie časového priebehu vstupného a výstupného napätia komparátora :
a) na generátore funkcií nastavte v kanáli CH1 sínusový signál Sine s frekvenciou F req = 1 kHz
a s amplitúdou A mpl = 2 Vpp. Po pripojení signálu nastavte časovú základňu osciloskopu tak, aby boli
zobrazené dve periódy výstupného signálu,
b) posúvaním potenciometra pozorujte vstupný, komparačný V ref a výstupný signál, potom nastavte úroveň
komparácie signálu na V ref = 1 Vpp a nakreslite priebehy výstupného napätia,
v(t)
v in
v ref
0
t
14. V simulačnom programe s použitím časovej analýzy overte činnosť komparátora podľa uvedenej schémy.
Amplitúda vstupného sínusového signálu A mpl = 2 Vpp a frekvencia je F req = 1 kHz. Parameter modelu
operačného zosilňovača nastavte na LEVEL=3.
Katedra rádioelektroniky FEI STU ©Brezović Strana 4 / 6

ELEKTRONICKÉ PRVKY A OBVODY V1.0 20.4.2011
V cc
R 1
V ref
R 2
Vin
R Z
15. Simulujte vstupné napätie, napätie V ref a výstupné napätie počas troch periód vstupného signálu. Výsledok
simulácie nakreslite :
a) čo sa stane pri zmene polarity na vstupných svorkách operačného zosilňovača
______________________________________________________________________________________
b) aký čas ubehne od detekcie prechodu referenčnou úrovňou do ustálenia pomerov na výstupe operačného
zosilňovača ___________________________________________________________________________
c) aký je rozdiel medzi maximálnou hodnotou výstupného napätia a napájacím napätím LM741 (pozri
parametre zosilňovača) __________________________________________________________________
16. Zapojte operačný zosilňovač podľa schémy na obr. 2. Simulujte vstupné a výstupné napätie a zistite aký je
rozdiel napätia medzi vstupnými svorkami zosilňovača a vysvetlite prečo. Pomenujte dané zapojenie.
_______________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
V in
R Z
Obr. 2. Zapojenie operačného zosilňovača
17. Schéma diferenčného obvodu s operačným zosilňovačom so základnými vzťahmi je nakreslená na obr. 4.
R 1
R 3
V B
R
=
R
R 2
VA
R2
V = ( − )
R 4
V O
R
R
0
4
3
R
1
2
1
v B
v A
Obr.4. Diferenčný operačný zosilňovač
Katedra rádioelektroniky FEI STU ©Brezović Strana 5 / 6

ELEKTRONICKÉ PRVKY A OBVODY V1.0 20.4.2011
Elektronická váha
Položenie závažia na váhu spôsobí nevyváženie premenlivých odporov R d na odporovom mostíku, ktorý je
súčasťou konštrukcie váhy. Zmena odporu R d je spôsobená deformáciou citlivej vrstvy váhy tlakom . Vnútorné
zapojenie váhy - odporový mostík, je nakreslený na obr. 5. Princíp vyváženia odporového mostíka je veľmi často
používaný na meracie účely.
Pri položení závažia s hmotnosťou max. 1kg na váhu na výstupe, medzi svorkami 1 a 2, vznikne diferenčné
napätie V dif =________mV (1) .
1kg 1
2
R d
R
V cc
V R
dif
1
2
R d
Obr. 5. Principiálna schéma elektronickej váhy
Úlohou je prispôsobiť úroveň diferenčného napätia váhy V dif navrhnutým obvodom tak, aby výstupný signál bol
spracovateľný vo vstupnom rozsahu analógovo-digitálneho AD prevodníka V AD , ktoré je v rozsahu 0 – 2,5V.
Analógovo-digitálny prevodník je 12 bitový. Principiálna schéma zapojenia je na obr. 6.
1kg 1
1
V dif
2
2
V AD
AD
12bit
12bit
Microcontroller
Display
Obr. 6. Principiálna schéma elektronickej váhy
a) nakreslite schému zapojenia navrhnutého obvodu s vypočítanými hodnotami súčiastok,
b) akú rozlišovaciu schopnosť bude mať elektronická váha
__________________________________________________________________________________________
Schéma:
18. Odvoďte vzťah pre prenos invertujúceho a neinvertujuceho zosilňovača
R 1
R 2
R 1
R 2
Záver:
__________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
Katedra rádioelektroniky FEI STU ©Brezović Strana 6 / 6