Vjezba IV - Diferencijator i integrator Glibanović Asmir 3T1

BOSNA I HERCEGOVINAFEDERACIJA BOSNE I HERCEGOVINE

TUZLANSKI KANTONJAVNA USTANOVA MJEŠOVITA SREDNJA

ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLA TUZLA

ELEKTRONIKA III

DIFERENCIJATOR I INTEGRATORSA OPERACIONIM POJAČALOM μA741

Laboratorijska vježba - IV

Profesori: Jasmina OmerdićSejfudin Agić

Tuzla, decembar/prosinac 2011.

Muhameda Hevaija Uskufija 2, 75000 TuzlaTel/Fax : +387 35 281-167; 280-012, 282-009

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

Prezime i ime: Glibanović Asmir Razred:

IIIT1

Datum izrade: 28.12.2011 Ocjena:

http://www.etstuzla.edu.ba/

mailto:[email protected]

1. TEORIJSKA PRIPREMA

1.1. DIFERENCIJATOR SA μA741

Spoj operacionog pojačavača prikazan na slici 1.1 naziva se diferencijator.

Nakon izvedene simulacije vidimo da ovaj sklop trougaoni napon sa ulaza pretvara u pravougaoni na svom izlazu.

U1

3

2

4

7

6

51

R1

R2

V1

V2

3

4

XSC1

Agilent

C16

XFG2

Agilent

00

2

1

7

Slika 1.1. Diferencijator realiziran sa operacionim pojačavačem

Slika 1.2. Talasni obllici na ulazu i izlazu diferencijatora sa slike 1.1(Trougaoni pobudni signal sa uul=1V, f=1kHz, C=100pF, R1=100kΩ, R2=100kΩ)

Posmatrajući talasne oblike možemo doći do zaključka da je amplituda izlaznog napona proporcionalna brzini promjene napona, tj. matematički kazano dešava se promjena amplitude napona u vremenu (Δu/Δt ili tzv. derivacija).

Može se izraziti kao:

1

,

gdje je: ∆uu/∆t brzina promjene ulaznog napona.

Kada ulazni napon raste, dobije se negativna vrijednost izlaznog i obrnuto. To je zbog toga što je ulaz diferencijatora invertirajući ulaz operacionog pojačala.

Otpornik R1 dodan je radi smanjenja osjetljivosti sklopa na VF šumove.

1.1. INTEGRATOR SA μA741

Spoj operacionog pojačavača prikazan na slici 1.3 naziva se integrator.

Nakon izvedene simulacije vidimo da ovaj sklop pravougani napon sa ulaza pretvara u trougaoni na svom izlazu.

U1

3

2

4

7

6

51

R1

R2

V1

V2

3

4

00

C2

2

1

Slika 1.3. Integrator realiziran sa operacionim pojačavačem

Slika 1.4. Talasni obllici na ulazu i izlazu integratora sa slike 1.3(Pravougaoni pobudni signal sa uul=2V, f=1kHz, C=6,8nF, R1=10kΩ, R2=1MΩ)

2

Posmatrajući talasne oblike možemo doći do zaključka da je amplituda izlaznog napona proporcionalna vrijednosti ulaznog napona i njegovog trajanja, tj. matematički kazano dešava se integriranje amplitude ulaznog napona.


.

Kada je ulazni napon pozitivan, dobije se smanjenje vrijednosti izlaznog napona i obrnuto. To je zbog toga što je ulaz integratora invertirajući ulaz operacionog pojačavača.

Otpornik R2 dodan je radi stabilnijeg rada integratora jer onemogućava odlazak pojačavača u zasićenje.

Diferenciatori

Spoj operacionog pojačavača prikazan na slici 1 naziva se diferencijator.

Nakon izvedene simulacije vidimo da ovaj sklop trougaoni napon sa ulaza pretvara u pravougaoni na svom izlazu.

Slika 1. Diferencijator realiziran sa operacionim pojačavačem

Slika 2. Talasni obllici na ulazu i izlazu diferencijatora sa slike 1.

3

(uul=1V, f=1kHz, C=100pF, R1=100kΩ, R2=100kΩ)

Posmatrajući talasne oblike možemo doći do zaključka da je amplituda izlaznog napona proporcionalna brzini promjene napona, tj. matematički kazano dešava se promjena amplitude napona u vremenu (derivacija).


,

gdje je ∆uu/∆t brzina promjene ulaznog naponaKada ulazni napon raste, dobije se negativna vrijednost izlaznog i obrnuto. To je zbog toga što je ulaz diferencijatora invertirajući ulaz operacionog pojačala.

Otpornik R1 dodan je radi smanjenja osjetljivosti sklopa na VF šumove.

Integrator

Matematičku operaciju integriranja obavlja operaciono pojačalo u spoju datom na slici 1.

Slika 1. Sklop za integriranje

Zbog prividnog kratkog spoja na ulazu operacionog pojačala struja i(t) iznosi:

.

Izlazni napon ui(t)određen je relacijom:

.

I ovdje napon može biti bilo koja funkcija vremena t.

Izlazni napon je proporcionalan integralu ulaznog napona pa se ovaj sklopzove sklop za integriranje ili integrator.

U posebnom slučaju, kada je , izlazni napon će biti:

4

Pri tome izlazni napon linearno raste sa vremenom. Ovakav sklop se zove Milerov integrator i njime se generišu vremenske baze u katodnoj cijevi osciloskopa.

5

2. LABORATORIJSKA VJEŽBA

2.1. DIFERENCIJATOR SA μA741

2.1.1. Uticaj frekvencije na rad diferencijatora

U1

741

3

2

4

7

6

51

R1

100kΩ10%

R2

100kΩ10%

V115 V

V215 V

3

4

C1

100pF

6

00

2

1

Slika 2.1. Elektronska šema diferencijatora u Multisim-u

a) Spojiti šemu prema slici 2.1. Na ulaz diferencijatora priključiti trouglasti napon amplitude 1V, frekvencije 1kHz i osciloskopom ustanoviti odnose ulaznog i izlaznog napona.

b) Prikazati dobivene vremenske dijagrame pod a) na osciloskopu.

c) Mijenjajući frekvenciju ulaznog signala, prema priloženoj tabeli, ustanoviti kakve promjene se dešavaju.

f (Hz) 100 800 2.000 5.000 10.000

d) Prikazati sve dobivene vremenske oblike na osciloskopu. Napisati kratki komentar poredeći talasne oblike sa onim dobivenim pod a).

Šemu smo spojili kao na slici 2.1.2 :

U1

741

3

2

4

7

6

51

R1

100kΩ

R2

100kΩV115 V

V215 V

C1

100pF

13

5

6

0

0

XSC1

Agilent

XFG1

Agilent

4

2

Slika 2.1.2 Elektronska šema diferencijatoraFunction generator smo podesili kao na slici 2.1.3 :

6

Slika 2.1.3 Podešavanje function generatoraNa slici 2.1.4 je prikazan odnos ulaznog i izlaznog signala, pri frekvenciji od 1 KHz :

Slika 2.1.4 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala f=1KHz

Primjećujemo da je na izlazu pravougaoni signal čija je amplituda znatno manja od amplitude ulaznog signala.

Na slici 2.1.5 je prikazan odnos ulaznog i izlaznog signala, pri frekvenciji od 100 Hz , gdje primjećujemo da je izlazni signal stalno pozitivan , ali da je amplituda znatno manja od amplitude prikazane na slici 2.1.4:

7

Slika 2.1.5 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala f=100Hz

Na slici 2.1.6 je prikazan odnos ulaznog i izlaznog signala, pri frekvenciji od 800 Hz :

Slika 2.1.6 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala f=800Hz


8


9



Na slici 2.1.9 je prikazan odnos ulaznog i izlaznog signala, pri frekvenciji od 10 000 Hz :

10

Slika 2.1.4 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala f=10 KHz

Zaključak:Primjecujemo da se povećanjem frekvencije , amplituda izlaznog signala povećava ali da se oblik izlaznog signala mijenja, te da na frekvenciji od 10 KHz izlazni signal ima pilasti oblik.

2.1.2. Uticaj kapaciteta na rad diferencijatora

Spojiti šemu prema slici 2.1. Na ulaz diferencijatora priključiti trouglasti napon amplitude 1V, frekvencije 1kHz.

a) Mijenjati kapacitet kondenzatora prema priloženoj tabeli:

C 1 pF 100 pF 0,33 nF 33 nF

b) Prikazati dobivene vremenske oblike sa osciloskopa za svaku vrijednost C.

c) Kako promjena C utiče na rad diferencijatora? Napisati kratki komentar.

Šemu smo spojili prema slici 2.1.2 , s time da cemo mijenjati kapacitet kondenzatora prema tabeli :

C 1 pF 100 pF 0,33 nF 33 nF

Na slici 2.1.2:1 prikazan je prikaz sa osciloskopa, za kondenzator kapaciteta 1pF :

11

Slika 2.1.2:1 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala C=1pF

Na slici 2.1.2:2 prikazan je prikaz sa osciloskopa, za kondenzator kapaciteta 100pF :

Slika 2.1.2:2 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala C=100pF

12

Na slici 2.1.2:3 prikazan je prikaz sa osciloskopa, za kondenzator kapaciteta 0,33nF :

Slika 2.1.2:3 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala C=0,33 nF

Na slici 2.1.2:3 prikazan je prikaz sa osciloskopa, za kondenzator kapaciteta 33nF :

13

Slika 2.1.2:4 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala C=33 nF

Zaključak :

Povećanjem kapacitivnosti kondenzatora, povecavmo i amplitudu izlaznog signala , ali i mijenjamo oblik izlaznog signala. Pri kaoacitivnosti kondenzatora od 33 nF, izlazni signal ima trouglasti oblik .

2.1.3. Uticaj pobude pravougaonim signalom na rad diferencijatora

Spojiti šemu prema slici 2.1. Na ulaz diferencijatora priključiti pravougaoni napon amplitude 1V, frekvencije 1kHz.

a) Osciloskopom ustanoviti odnos ulaznog i izlaznog napona. b) Prikazati dobivene vremenske oblike. Napisati kratki komentar?

Šemu smo spojili prema slici 2.1.2 ,samo što na ulazu nije trouglasti signal, nego pravougaoni signal. Na slici 2.1.3 prikazan je ulazni i izlazni signal .

Slika 2.1.3 Prikaz Ulaznog i izlaznog signala (pravougaoni ulazni signal)

Primjećujemo da izlazni signal više nije pravougaonog oblika.

14

2.2. INTEGRATOR SA μA741

2.2.1. Uticaj frekvencije na rad integratora

U1

741

3

2

4

7

6

51

R1

10kΩ10%

R2

1.00MΩ10%

V115 V

V215 V

3

4

XSC1

Agilent

XFG2

Agilent

00

C2

6.8nF

2

7

1

Slika 2.2. Elektronska šema integratora u Multisim-u

a) Spojiti šemu prema slici 2.2. Na ulaz integratora priključiti pravougaoni napon amplitude 2V, frekvencije 1kHz i osciloskopom ustanoviti odnose ulaznog i izlaznog napona.

b) Prikazati dobivene vremenske dijagrame pod a) na osciloskopu

c) Mijenjajući frekvenciju ulaznog signala, prema priloženoj tabeli, ustanoviti kakve promjene se dešavaju.

f (Hz) 100 800 2.000 5.000 10.000

d) Prikazati sve dobivene vremenske oblike na osciloskopu. Napisati kratki komentar poredeći talasne oblike sa onim dobivenim pod a).

Šemu smo spojili kao na slici 2.2.

Slika 2.2.2. Elektronska šema integratora

15

Function Generator smo postavili kao na slici 2.2.3

Slika 2.2.3 Podešavanje Function Generatora na pravougaoni napon.

Na slici 2.2.4 je prikazan odnos ulaznog i izlaznog signala pri frekvenciji od 1kHz.

Slika 2.2.4 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala prvi frekvenciji f=1kHz.

Na izlazu je trouglasti signal, čija je amplituda znatno veća od amplitude ulaznog signala.

16

Slika 2.2.5 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji f=100Hz.

Na slici 2.2.5 Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji od 100Hz. Primjećujemo da je izlazni signal stalno pozitivan, ali je amplituda znatno veća od amplitude prikazane na slici 2.2.4

Na slici 2.2.6 Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji od 800Hz

Slika 2.2.6 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji f=800Hz.

17

Na slici 2.2.7 Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji od 2kHz.

Slika 2.2.7 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji f=2kHz.


18

Slika 2.2.8 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji f=5kHz.


19

Slika 2.2.9. Odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri frekvenciji f=10kHzZaključak:Primjecujemo da se povećanjem frekvencije amplituda izlaznog signala smanjuje, te da se oblik izlaznog signala mijenja tako da na frekvenciji od 100 Hz imamo izlazni signal u obliku trapeza.

2.2.2. Uticaj kapaciteta na rad integratora

Spojiti šemu prema slici 2.2. Na ulaz integratora priključiti trouglasti napon amplitude 2V, frekvencije 1kHz.

a) Mijenjati kapacitet kondenzatora prema priloženoj tabeli:

C 0,68 pF 68 pF 680 pF

b) Prikazati dobivene vremenske oblike sa osciloskopa za svaku vrijednost C.

c) Kako promjena C utiče na rad diferencijatora? Napisati kratki komentar.

Function Generator smo postavili kao na slici 2.3.1

Slika 2.3.1 Podešavanje Function Generatora na trouglasti napon.

Na slici 2.3.2 Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri kapacitetu kondenzatora C=0,68pF

20

Slika 2.3.2 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala za C=0,68pF.

Na slici 2.3.3 Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri kapacitetu kondenzatora C=68pF

Slika 2.3.3 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala za C=68pF.

Na slici 2.3.4 Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala pri kapacitetu kondenzatora C=680pF.

21

Slika 2.3.4 Odnos Ulaznog i Izlaznog signala za C=680pF.

Zaključak :

Povećanjem kapaciteta kondenzato amplituda izlaznog signala ostaje ista, dok se mijenja oblik signala. Pri kaoacitivnosti kondenzatora od 680pF, izlazni signal ima pilasti oblik .

2.2.3. Uticaj pobude sinusnim signalom na rad integratora

Spojiti šemu prema slici 2.2. Na ulaz integratora priključiti sinusoidalni napon amplitude 2V, frekvencije 1kHz.

a) Osciloskopom ustanoviti odnos ulaznog i izlaznog napona. b) Prikazati dobivene vremenske oblike. Napisati kratki komentar?

Šemu smo spojili kao na slici 2.2..

Slika 2.3.5 Elektronska šema integratora

22

Function Generator smo postavili kao na slici 2.3.6.

Slika 2.3.6. Podešavanje Function Generatora na sinusoidalni napon.

Na slici 2.3.7. Prikazan je odnos Ulaznog i Izlaznog signala sa sinusoidalnim naponom na ulazu.

Slika 2.3.7. Odnos Ulaznog i Izlaznog signala sa sinusoidalnim naponom.

23

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

Mješovita srednja elektrotehnička škola Tuzla, Tuzla, 2011.

24

http://www.elektronika.ba/

Vjezba IV - Diferencijator i integrator Glibanović Asmir 3T1

Documents

Transcript of Vjezba IV - Diferencijator i integrator Glibanović Asmir 3T1