MuhamedaHevaijaUskufija 2, 75000 Tuzla Tel/Fax : +387 35 281-167; 280-012, 282-009

ets.tz@bih.net.ba, www.etstuzla.edu.ba

BOSNA I HERCEGOVINA FEDERACIJA BOSNE I HERCEGOVINE

TUZLANSKI KANTON JAVNA USTANOVA MJEŠOVITA SREDNJA

ELEKTROTEHNIĈKA ŠKOLA TUZLA

ELEKTRONIKA III

(NE)INVERTIRAJUĆI POJAĈAVAĈ SA OPERACIONIM POJAĈALOM μA741

Laboratorijska vjeţba - II

Profesor: Sejfudin Agić

Tuzla, novembar/studeni 2012.

Prezime i ime: Mešanović Admir Razred: IIIT1 Datum izrade: 09.11.2012 Ocjena:

1

1. TEORIJSKA PRIPREMA Operacioni pojačavač ima pet izvoda, kao što je prikazano na slici 1.1. Dva su ulaza koji djeluju kao kod diferencijalnog pojačala. Ulaz označen sa "-" naziva se invertirajući (inverting input). Ulaz označen sa "+" naziva se neinvertirajući (noninverting input). Na izlazu (output) dobije se pojačani signal sa ulaza. Preostala dva izvoda su priključci za napon napajanja (power supplay).

Slika 1.1. Simbol operacionog pojačavača

Elektronska šema jednog operacionog pojačavača izgleda kao na slici 1.2.

Slika 1.2. Elektronska šema operacionog pojačavača μA709

Očigledno da se ovako složen sklop ne realizira u diskretnoj već se može realizirati korištenjem tehnologija integrisane mikroelektronike.

1.1. NAPAJANJE OPERACIONOG POJAĈAVAĈA Za napajanje operacionog pojačavača nejčešće se upotrebljavaju dva izvora, kao na slici 1.3, a rjeđe se upotrebljava jedan izvor, kao na slici 1.4.

2

Slika 1.3. Napajanje sa dva izvora (Uul=100mV, f=1kHz, U+=U-=15V)

Slika 1.4. Napajanje sa jednim izvorom (Uul=100mV, f=1kHz, U+=15V)

Budući da je pojačanje operacionog pojačavača vrlo veliko, signal na izlazu pojačavača u oba je slučaja izobličen. Amplituda izlaznog napona ograničena je iznosom napona napajanja i iznosi oko 90% od napona napajanja (slika 1.3 ≈28,2V a slika 1.4 ≈13,3V). Signal doveden na invertirajući ulaz pojavljuje se na izlazu pojačan i u protufazi s ulaznim. Ako se signal dovede na neinvertirajući ulaz, na izlazu se dobije signal pojačan i u fazi s ulaznim. To će biti prikazano i potvrđeno tokom vježbe.

1.2. OSOBINE OPERACIONOG POJAĈALA μA 741 Proizvođači elektronskih komponenata proizvode vrlo veliki broj različitih izvedbi operacionih pojačavača. Ovdje ćemo prikazati osnovne osobine onog koji nosi oznaku μA 741. Elektronska šema na slici 1.8 pokazuje da se pojačavač μA 741 sastoji od:

- 22 tranzistora, 11 otpornika, jednog kondenzatora i jedne diode.

3

Slika 1.5. Simbol i JG kućište (pogled odozgo) μA 741

Slika 1.6. Fizičke dimenzije μA 741 (JG ceramic dual-in-line), dimenzije su u inčima (milimetrima)

Slika 1.7. U, J i FK kućišta μA 741

Slika 1.8. Električna šema μA 741

4

Tabela 1. Električne karakteristike μA 741 (UCC=15V, T=25ºC)

1.3. INVERTIRAJUĆI I NEINVERTIRAJUĆI POJAĈAVAĈ SA μA 741

1.3.1. Invertirajući pojaĉavaĉ sa μA 741 Odnos amplitude izlaznog i ulaznog napona invertirajućeg pojačavača (slika 1.9) jednak je odnosu otpora R1 i R2. Pojačanje ovog pojačavača iznosi:

1

2

R

RA ,

tj. naponsko pojačanje zavisi isključivo od odnosa vrijednosti vanjski dodanih otpornika. Izlazni napon je u protufazi s ulaznim naponom (predznak minus). Tako je ovaj pojačavač i dobio ima invertirajući pojačavač (inverting amplifier).

Slika 1.9. Invertirajući pojačavač sa μA 741 (R1=10kΩ, R2=100kΩ)

5

1.3.2. Neinvertirajući pojaĉavaĉ sa μA 741

Odnos između izlaznog i ulaznog napona na slici 1.10 pokazuje da je on za jedan veći u odnosu na odnos otpornika R2/R1, a izlazni napon je u fazi sa ulaznim naponom. Zato se ovaj pojačavač naziva neinvertirajući pojačavač (noninverting amplifier). Pojačanje neinvertirajućeg pojačavača može se izračunati prema izrazu:

1R

RA

1

2

Slika 1.10. Neinvertirajući pojačavač sa μA 741 (R1=10kΩ, R2=20kΩ)

Invertirajući pojaĉavaĉ

Invertujuüi operacioni pojacavc je pojacavac sa povratnom spregom kod koga se ulazni signal dovodi na invertirajuci ulaz. Ovo je osnovno pojacavacko kolo operacionog pojacavaca. Kod njega je izvedena naponsko paralelna povratna sprega, Kako se u analognom racunaru operacioni pojacavaci vezuju kaskadno, izlazni otpor pojacavaca je jednak nuli, te da bi se moglo ostvariti paralelno dovodzenje vraüenog signala, mora se staviti otpor R1,jer inace povratne sprege ne bi bilo.

6

Usljed beskonacno velikog pojacanja A0o, pri konacnom izlaznom naponu U0o ulazni diferencijalni napon Ud je jednak nuli.Usljed beskonacno velikog ulaznog otpora Ri operacionog pojacavaca, a i zbog toga što je ulazni diferencijalni napon jednak nuli, i ulazna struja Id jednaka je nuli. Prema tome posmatrano sa ulazne strane, pojacavac se ponaša kao da mu je ulaz kratko spojen. Zato kažemo da je tacka 2 "virtualna nula". Virtualna nula zbog toga, što je struja kroz nju jednaka nuli, a ne jednaka struji kratkog spoja. Posmatrajmo sad ekvivalentna šema pojacavaca.

Operacijsko pojačalo u invertirajućem spoju (slika lijevo) zakreće fazu ulaznog signala (Ue) te se on na izlazu operacionog pojačala pojavljuje pojačan (Ua) i fazno zakrenut za 180°.

Naponsko pojačanje operacijskog pojačala u invertirajućem spoju je prema pojednostavljenom prikazu na slici određeno otporima R2i R1:

Ulazni otpor sklopa određen je nazivnom vrijednosti otpora R1 i može se u širokim granicama prilagoditi izlaznom otporu (impedanciji) priključenog električnog izvora,dok je izlazni otpor vrlo mali što se odnosi i na operacijsko pojačalo u neinvertirajućem spoju. Sklop također može poslužiti kao osnova za konstrukciju mikrofonskog poretpojačala za priključak mikrofona s niskom ili visokom izlaznom impedancijom ili za izvedbu sklopa pretpojačala linijskog ulaza

7

Neinvertirajući pojaĉavaĉ Tranzistorskom pojacavacu sa uzemljenim kolektorom, može se naciniti odgovarajuca konfiguracija sa operacionim pojacavacem. Na izlazu imamo pojacan napon, ali je ostao u fazi sa ulaznim naponom. Ulazni napon se dovodi na neinvertujuci ulaz, a povratna sprega na invertujuci. Ako bi se povratna sprega izvela na invertujuci ulaz, ona bi bila pozitivna. Šemai konfiguracija neinvertujuüeg operacionog pojacavaca je data na slici 1 Buduci da je diferencijalni napon na ulazu samog pojacavaca jednak nuli, cio pad ulaznog napona biüe na otporu R1 Dakle sa istim elementima, ako se signal dovodi na neinvertujuci ulaz pojacanje ce biti vece za jedinicu, a faza izlaznog signala biüe jednaka fazi ulaznog signala. Kada treba upotrebljavati dva napona ili kada trebapojaþati naponsku razliku izmedzu dvije tacke u nekom kolu, od kojih jedna nije uzemljena, koristi se operacioni pojacavac sa simetricnim ulazom.

Operacijsko pojačalo u neinvertirajućem spoju (slika desno) ne zakreće fazu ulaznog signala (Ue) te se on na izlazu operacionog pojačala pojavljuje pojačan (Ua) i u istom faznom odnosu s ulaznim signalom. Naponsko pojačanje operacijskog pojačala u neinvertirajućem spoju je prema pojednostavljenom prikazu na slici određeno otporima R2 i R1:

Ulazni otpor sklopa je vrlo velik te se u stvarnoj izvedbi paralelno ulazu operacijskog pojačala u neinvertirajućem spoju spaja otporniks odgovarajućom vrijednosti električnog otpora koja tada u cijelosti definira ulazni otpor sklopa.

Sklop može poslužiti kao osnova za konstrukciju mikrofonskog poretpojačala za priključak mikrofona s niskom ili visokom izlaznomimpedancijom ili za izvedbu linijskog ulaza

8

2. LABORATORIJSKA VJEŢBA

2.1. INVERTIRAJUĆI POJAĈAVAĈ SA μA 741 Za invertirajući pojačavač (slika 1.9) realiziran sa μA 741 sa simetričnim napajanjem od 15V te ulaznih veličina Uul=10mV, f=1kHz izračunati:

a) Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=100kΩ. Izvršiti simulaciju Multisimom koristeći na ulazu Agilent Function Generator (XFG1) i na izlazu Agilent Oscilloscope (XSC1) za prikazivanje rezultata? Uporediti izračunatu i izmjerenu vrijednost pojačanja. Komentar?

b) Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=1MΩ. Izvršiti simulaciju Multisimom koristeći na ulazu Agilent Function Generator (XFG1) i na izlazu Agilent Oscilloscope (XSC1) za prikazivanje rezultata? Uporediti izračunatu i izmjerenu vrijednost pojačanja. Komentar?

c) Za pojačavač sa R1=10kΩ, R2=100kΩ izračunati pojačanje )U

Ulog(20A

ul

iz u dB na

slijedećim frekvencijama:

f (kHz) 1 4 8 10 20 40 80 100 200 A (dB)

d) Na osnovu izmjerenih vrijednosti, koristeći Microsoft Excel, nacrtati tzv. frekventnu karakteristiku pojačavača (x-osa frekvencija (kHz), y-osa pojačanje A (dB)). Voditi računa da je x-osa u logaritamskoj razmjeri.

e) Odrediti gornju graničnu frekvenciju pojačavača (mjesto na frekventnoj karakteristici

gdje pojačanje počinje padati za više od 6 dB u odnosu na pojačanje na srednjim frekvencijama). Odrediti grafički na karakteristici pod d) gornju graničnu frekvenciju i napisati njenu vrijednosti.

2.2. NEINVERTIRAJUĆI POJAĈAVAĈ SA μA 741

Za neinvertirajući pojačavač (slika 1.10) realiziran sa μA 741 sa simetričnim napajanjem od 15V te ulaznih veličina Uul=10mV, f=1kHz izračunati:

9

a) Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=100kΩ. Izvršiti simulaciju Multisimom koristeći

na ulazu Agilent Function Generator (XFG1) i na izlazu Agilent Oscilloscope (XSC1) za prikazivanje rezultata? Uporediti izračunatu i izmjerenu vrijednost pojačanja. Komentar?

b) Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=1MΩ. Izvršiti simulaciju Multisimom koristeći na ulazu Agilent Function Generator (XFG1) i na izlazu Agilent Oscilloscope (XSC1) za prikazivanje rezultata? Uporediti izračunatu i izmjerenu vrijednost pojačanja. Komentar?

c) Za pojačavač sa R1=10kΩ, R2=100kΩ izračunati pojačanje )U

Ulog(20A

ul

iz u dB na

slijedećim frekvencijama:

f (kHz) 1 4 8 10 20 40 80 100 200 A (dB)

d) Na osnovu izmjerenih vrijednosti, koristeći Microsoft Excel, nacrtati tzv. frekventnu karakteristiku pojačavača (x-osa frekvencija (kHz), y-osa pojačanje A (dB)). Voditi računa da je x-osa u logaritamskoj razmjeri.

e) Odrediti gornju graničnu frekvenciju pojačavača (mjesto na frekventnoj karakteristici

gdje pojačanje počinje padati za više od 6 dB u odnosu na pojačanje na srednjim frekvencijama). Odrediti grafički na karakteristici pod d) gornju graničnu frekvenciju i napisati njenu vrijednosti.

Izrada vijezbe :

INVERTIRAJUĆI POJAĈAVAĈ SA μA 741

Slika 1 :Invertirajuci pojacavac sa uA 741

10

Slika 2:generatoru funkcija postavimo amplitudu 50mVpp (10mVpp nije moguce da se

postavi ) frekfrencija 1kHZ

Slika 3 :Izračunati pojačanje u dB ako su R1=10kΩ, R2=100kΩ Postavimo vrijednosti otpora i pogledamo na osciloskop Sa osciloskopa vidimo veliko povećanje izlaznog signala a možemo ga i pročitati Uul=50mV

Uiz 490mV

18,6dB0,90302020log(9,8)20log(Au)a

9,850mV

490mV

Uul

UizAu

u

Vidimo da ima neko slabo pojačanje od svega 18,6dB.

11

Slika 4 :Izračunati pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=1MΩ

Sada postavimo vrijednost otpora R2 na 1MΩ i posmatrajmo rezultate na osciloskopu

Sa slike možemo vidjeti da je napon znatno porastao pa ćemo ga i pročitati Uul=50mV Uiz 4,8V

Izračunamo pojačanje u dB

39,6dB1.98222020log(96)20log(Au)a

9650mV

4800mV

Uul

UizAu

u

Dobijamo pojačanje od 39dB, što je dobro.

Za pojačavač sa R1=10kΩ, R2=100kΩ izračunati pojačanje )log(20ul

iz

U

UA u dB na

slijedećim frekvencijama:

f (kHz) 1 4 8 10 20 40 80 100 200 A (dB) 18,6 18,6 11,4 7,6 6,02 18 13,9 15,4 12,4

12

Slika 5 :grafik u Excelu

Gornja granična frekvencija je od 4-8kHz frekvencije tu opadne za više od 6 dB.

Zavisnost pojačanja od frekvencije

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250

Frekvencija

Po

jačan

je

Pojačanje

13

NEINVERTIRAJUĆI POJAĈAVAĈ SA μA 741

Slika 1:Spojimo šemu kako je prikazano na slici 1.10

Postavimo generator funkcija na 50mVpp i frekvenciju 1kHz te pogledajmo na osciloskop.

14

Slika 2:Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=100kΩ. Sa osciloskopa vidimo da su signali u fazi i vidimo pojačanje na izlazu. Uul=50mV

Uiz mV490

18,6dB0,90302020log(9,8)20log(Au)a

9,850mV

490mV

Uul

UizAu

u

Dolazimo do zakljucka da nam je isto pojacanje i kod invertirajuceg i kod neinvertirajuceg pojacavaca. Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=1MΩ

Slika 3:Pojačanje u dB ako je R1=10kΩ, R2=1MΩ

Uul=50mV Uizl 4,5V

dB04,939542,12020log(90)20log(Au)a

0950mV

4500mV

Uul

UizAu

u

Za pojačavač sa R1=10kΩ, R2=100kΩ izračunati pojačanje )log(20ul

iz

U

UA u dB na

slijedećim frekvencijama:

f (kHz) 1 4 8 10 20 40 80 100 200 A (dB) 18,6 20,8 20,8 6,02 20,8 13,9 22,8 15,5 13,8

15

Slika 4 : grafik u Excelu

Vidimo sa slike 4 da je gornja granična frekvencija 8-10kHz frekvencije

Pojačanje u odnosu na frekvenciju

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250

Frekvencija

Po

jačan

je

Pojačanje

16

3. LITERATURA

1. Stojan Ristić, Elektronske komponenete, Predavanja, Elektronski fakultet Niš,

Niš 2010. 2. Jasmina Kotur, Stanko Paunović, Analogni elektronički sklopovi, Zagreb 2009. 3. Nediljka Furčić, Elektronički sklopovi, Neodidacta doo Zagreb, Zagreb 2008. 4. T. Brodić, Analogna integrisana elektronika, Svjetlost, Sarajevo 1989. 5. Vojin Cvekić, Elektronika I, Poluprovodnička elektronika, Naučna knjiga

Beograd, Beograd 1986. 6. Jasmina Omerdić, Sejfudin Agić, Elektronika za III razred - skripta, JU

Mješovita srednja elektrotehnička škola Tuzla, Tuzla, 2010. 7. Sejfudin Agić, Elektronika za I, i II razred - skripte, JU Mješovita srednja

elektrotehnička škola Tuzla, Tuzla, 2011. 8. www.elektronika.ba 9. http://chemed.chem.purdue.edu 10. google.com 11. otpornik.com 12. http://www.dce.fe.untz.ba/Suad/ELEKTRONIKA

13. VladanPapićPREDAVANJAIZOSNOVA ELEKTRONIKE

14. ttp://www.fpz.unizg.hr/ztos/EE/Elektro7