Module 1: werken met OPAMPS. Project 1 : Elementaire lineaire OPAMP schakelingen.

Transcriptie

1 Vak: Labo elektro Pagina 1 / / Module 1: werken met OPAMPS. Project 1 : Elementaire lineaire OPAMP schakelingen. 1. Opgaven. - Zoek de bijzonderste principe schema s en datagegevens. Meet de opstellingen en controleer de datagegevens. - Het project moet, na uitvoering, de leerling in staat stellen alle frequent voorkomende schakelingen en problemen op te lossen. 2. Voorbereidingen. - Het schema van de UA741. Offset null 1 8 unused -in 2 7 +V +in 3 6 out -V 4 UA741 5 Offset null - De datagegevens van de OPAMP UA741. Maximum ratings. max. waarden. supply voltage ±18V max. bron spanning. power dissipation 500mW max. vermogen. Differential input voltage ±30V max. verschil spanning. input voltage ±15V max. ingangs spanning. output short circuit time indefinite max. tijd kortsluiting uitgang. operating temperature 0 C-70 C max. werk temperatuur. Characteristics gegeven waarde typisch of min. Input offset voltage 2 to 6 mv input resistance.3 to 2 MΩ ingangs weerstand. Voltage gain to CMRR 70 to 90 db Bandwidth.5 to 1.5 Mhz bandbreedte. slew rate.5v/µsec vertragings tijd. supply current 1.7 to 2.8mA voedings stroom. power consumption 50 to 85 mw voedings vermogen. - Het verschil tussen lineaire en niet-lineaire schakelingen. Bij een lineaire schakeling is de versterkings factor niet veranderlijk. Dit is te merken als je de ingangs spanningen en uitgangs spanningen in een grafiek zet. De grafiek zou dan een rechte moeten zijn. Bij een niet-lineaire schakeling kan dit een kromme zijn Bvb.

2 Vak: Labo elektro Pagina 2 / / Men kan een niet lineaire schakeling bouwen door een terug koppeling te maken met Bvb frequentie afhankelijke componenten. Bvb een condensator of een spoel. - De virtuele kortsluiting. Bij een virtuele kortsluiting zal U diff = 0V zijn. Dan zal Z diff (of inwendige weerstand) = Ω en I in zal 0A zijn. - Verklaring virtuele koppeling. Dit is mogelijk door een terug koppeling van de uitgang naar de - ingang. Hierdoor streeft de uitgang naar een zodanig potentiaal de beide ingangen op het zelfde potentiaal komen te staan. Als men aan klem 1 een + spanning van 1V word aangesloten dan zal de uitgang streven naar V x V 1 bronspanning) 2-15V zijn. maar de uitgang kan maximum -15V (namelijk de Met terug koppeling. Als men aan klem 2 een + spanning aanlegt van 1 V dan zal de uitgang streven naar V deze spanning word terug geleid naar de - klem en keer versterkt. De uitgangs spanning zal wisselen en zal naar evenwicht streven. Hierdoor komt de - en de + klem op het zelfde potentiaal. - Eenvoudig exact 100 maal versterken. Dit is mogelijk door de verhouding van Rt (terugkoppeling) op R1. 3. Metingen. De inverterende versterker. 1. Schema. Rt R1 7 U+ U in U uit 4 U- 2. Gegevens.(voor het eerste weerstanden koppel) R1 = 12kΩ Rt = 220kΩ gain = = Versterking. 3. De gemeten waarden in tabel. (voor het eerste weerstanden koppel)

3 Vak: Labo elektro Pagina 3 / / U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) We merken dat bij 0.8 en -0.8 V de spanning niet gelijk is aan de verwachte waarde. Dit komt omdat de OPAMP in saturatie is. Ook merken we dat de waarden een weinig verschillen van de verwachte waarde. Dit is te verklaren door de nauwkeurigheid van de weerstanden en door de nauwkeurigheid van de meettoestellen. 4. Meten van Z in en Z uit. Z in meten we door de V-A meter methode. U in A V We meten de stroom en de spanning. I = 20µA U = 0.2V Z in = 0.2V/16µA = 12.5kΩ dit is ±gelijk aan R1 Z uit Meten we door eerst een voorbeeld door te nemen. Vb. X = onbekend zoals Z uit Weerstand bank is bekend. Van deze schakeling weet men dat de stroom door de weerstanden gelijk is. Hierdoor kunnen we de 2 formulles aan elkaar gelijk stellen. I = de spanning over de weerstandsbank delen door de weerstand van de weerstandsbank. I = de spanning over Z uit delen door Z in Het probleem is dat we de spanning over Z uit niet hebben. Maar die is gelijk aan de spanning als men de weerstandsbank losmaakt ( dus de bronspanning) min de spanning over de weerstandsbank. In formulle vorm is dit : U rb /R b = (U b -U rb )/Z uit. Nu kan men Z uit afzonderen. Z uit = (R b.(u b -U rb ) /U rb hier is R b De weerstand van de weerstandsbank U b De spanning over het open contact van de weerstandsbank. U rb De spanning over de weerstandsbank als die is aangesloten.

4 Vak: Labo elektro Pagina 4 / / We voeren de meting uit en vullen de formule in. Z uit = 1k x( ) = 40.33Ω Gegevens.(voor het tweede weerstanden koppel) R1 = 10kΩ Rt = 100kΩ gain = 10 = Versterking. 6. De gemeten waarden in tabel. (voor het tweede weerstanden koppel) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) We merken terug dat bij 1.4 en -1.4 V de spanning niet gelijk is aan de verwachte waarde. Dit komt omdat de OPAMP terug in saturatie is. Ook merken we weer dat de waarden een weinig verschillen van de verwachte waarde. Dit is terug te verklaren door de nauwkeurigheid van de weerstanden en door de nauwkeurigheid van de meettoestellen. 7. Meten van Z in en Z uit. Dit doen we op de zelfde manier als bij het eerste weerstanden koppel. Voor I in hebben we 20µA en voor U in hebben we 0.2V Dit geeft een weerstand van 10kΩ en dus gelijk aan R1 Voor het meten van Z uit gebruiken we de zelfde methode als voor het eerste weerstandskoppel. Z uit = 1k x( ) = 39.09Ω 9.72 De niet - inverterende versterker. 1. Schema.

5 Vak: Labo elektro Pagina 5 / / Rt R1 2-7 U U- 2. Gegevens.(voor het eerste weerstanden koppel) R1 = 12kΩ Rt = 220kΩ gain = 1+( 220k/12k) = Versterking. 3. De gemeten waarden in tabel. (voor het eerste weerstanden koppel) U diff (gem) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) We merken dat bij 0.8 en -0.7 en -0.8 V de spanning niet gelijk is aan de verwachte waarde. Dit komt omdat de OPAMP in saturatie is. Zie dat de diff spanning stijgt Ook merken we dat de waarden een weinig verschillen van de verwachte waarde. Dit is te verklaren door de nauwkeurigheid van de weerstanden en door de nauwkeurigheid van de meettoestellen. 4. Meten van Z in en Z uit. Dit doen we op een andere manier als bij de inverterende versterker. Hier gebruiken we een weerstandsbank. Met de bedoeling door de uitgangs spanning te halveren is ook de ingangs spanning gehalveerd. Dus is de weerstand 2 x vergroot. en is Z in gelijk aan R bank Als R bank = 0Ω dan is U uit = V Als R bank = 9.9MΩ dan is U uit = -5V Dus Z in = 9.9MΩ

6 Vak: Labo elektro Pagina 6 / / Het meten van de uitgangs impedantie gebeurd op de zelfde manier als bij de inverterende versterker. Als R bank niet is aangesloten is U b = 13.56V Als R bank = 1kΩ dan is U rb = 13.5V Z uit = 1k x( ) = 4.44Ω Gegevens.(voor het tweede weerstanden koppel) R1 = 10kΩ Rt = 100kΩ gain = 11 = Versterking. 6. De gemeten waarden in tabel. (voor het tweede weerstanden koppel) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) U in (V) U uit (verw) U uit (gem) U diff (gem) We merken weer het zelfde resultaat als bij de andere metingen. 7. Meten van Z in en Z uit. Z in meten we op de zelfde manier als het eerste weerstanden koppel. Als R bank = 0Ω dan is U uit = -10V Als R bank = 12MΩ dan is U uit = -5V Dus Z in = 12MΩ Het meten van de uitgangs impedantie gebeurd op de zelfde manier als bij de inverterende versterker. Als R bank niet is aangesloten is U b = 12.50V Als R bank = 1kΩ dan is U rb = 12.44V Z uit = 1k x( ) = 4.82Ω 12.44