ΗΥ-121: Ηλεκτρικά Κυκλώματα
Άνοιξη 2011
Τμ. Επ. Υπολογιστών
© Πανεπιστήμιο Κρήτης

Ασκήσεις και Εργαστήριο 10:
Τελεστικοί Ενισχυτές

9 - 10 Μαΐου 2011 (βδομάδα 11)
[Up - Table of Contents]
[Prev - 9. Zener Diode Circuits]
[printer version - PDF]
[11. Schmitt Trigger - Next]

Διάβασμα: Διαβάστε το κεφάλαιο 8, "Τελεστικοί Ενισχυτές", από το 2ο τόμο του βιβλίου, δίνοντας την παρακάτω έμφαση σε κάθε θέμα:

Ασκήσεις: Λύστε και παραδώστε σε χαρτί την Τετάρτη 11 Μαΐου 2011 τις ασκήσεις 8.7, 8.8 (σελ. 84) και 8.24 (σελ. 88) του βιβλίου.

Πείραμα 10.1:   Μη Αναστρέφων Ενισχυτής

Στο εργαστήριο θα σας δοθεί ο τελεστικός ενισχυτής LM358, του οποίου τα φύλλα δεδομένων βρείτε στην ιστοσελίδα http://www.national.com/ds/LM/LM158.pdf - διαβάστε προσεκτικά ιδιαίτερα τη σελίδα 8, και προσέξτε ιδίως ότι: (α) πρέπει να είστε πολύ προσεκτικοί στη σωστή πολικότητα των τάσεων τροφοδοσίας: αναστροφή τους προκαλεί την άμεση καταστροφή (κάψιμο) του chip· (β) καμία τάση εισόδου δεν επιτρέπεται να είναι ποτέ αρνητική, κάτω από -0.3 Volt --γι' αυτό, (1) να προσέχετε πολύ το πλάτος και το DC offset της παλμογεννήτριας όταν την χρησιμοποιείτε σαν τάση εισόδου, και (2) να συνδέετε μιά δίοδο περιορισμού-συγκράτησης (clamp diode - σελ. 151-157 βιβλίου) από τη γείωση προς την έξοδο της παλμογεννήτριας (που άγει από τη γείωση προς την παλμογεννήτρια, δηλαδή όποτε η παλμογεννήτρια παίρνει αρνητικές τάσεις).

Κατασκευάστε στο εργαστήριο το κύκλωμα του σχήματος 8.8 (σελ. 15) του βιβλίου (μη αναστρέφων ενισχυτής)· το ίδιο κύκλωμα φαίνεται και στο επάνω σχήμα της σελίδας 11 του παραπάνω φύλλου δεδομένων. Η πηγή σας να είναι η παλμογεννήτρια σε ρύθμιση ημιτονοειδούς σήματος, αλλά με θετικό DC offset ούτως ώστε η είσοδος ποτέ να μη γίνεται αρνητική· δεν χρειάζεται αντίσταση R εν σειρά με την πηγή, αλλά συνδέστε μιά δίοδο προστασίας από τη γή, όπως είπαμε παραπάνω. Φτιάξτε τις αντιστάσεις RF και RS μέσω του ποτενσιόμετρου 2.2 kΩ του εργαστηρίου 2.1: η μία άκρη του ποτενσιόμετρου θα είναι στην έξοδο, η άλλη στη γή, και η μεσαία λήψη στην αναστρέφουσα είσοδο του τελεστικού --έτσι το άθροισμα RF + RS θα είναι πάντα σταθερό και ίσο με 2.2 kΩ, ενώ η κάθε μιά από τις RF και RS θα μεταβάλεται μεταξύ 0 και 2.2 kΩ. Συνδέστε το κανάλι 1 του παλμογράφου στην είσοδο σήματος του ενισχυτή σας (έξοδο της παλμογεννήτριας), και το κανάλι 2 στην έξοδο του ενισχυτή σας.

Ξεκινήστε μέ ένα ημιτονοειδές σήμα εισόδου με μικρό πλάτος, πάνω σε ένα DC-offset που του εξασφαλίζει πάντα θετικές τιμές. Παρατηρήστε την κυματομορφή εξόδου σε σχέση με την κυματομορφή εισόδου. Στρίψτε το ποτενσιόμετρο και δείτε πώς αλλάζει το κέρδος του ενισχυτή. Πάνω από ποιά τάση εξόδου ψαλιδίζει ο ενισχυτής σας; Αν αλλάξτε την τάση τροφοδοσίας πώς αλλάζει η τάση ψαλιδισμού; Αλλάξτε λίγο και προσεκτικά το DC-offset της πηγής, προσέχοντας η είσοδος να είναι πάντα θετική· τι παρατηρείτε γιά την έξοδο; Αλλάξτε λίγο και προσεκτικά το πλάτος της πηγής, προσέχοντας η είσοδος να είναι πάντα θετική· τι παρατηρείτε γιά την έξοδο; Αυξήστε τη συχνότητα της πηγής, και δείτε πώς επηρεάζεται το κέρδος του ενισχυτή. Αλλάζει κάποτε το σχήμα της εξόδου από ημιτονοειδές σε τριγωνικό; Πότε; Εξετάστε αν αυτό σχετίζεται με το όριο του μέγιστου slew rate (μέγιστος ρυθμός αλλαγής τάσης εξόδου) του τελεστικού, και δείτε αν το όριο που μετράτε συμβαδίζει με ότι δείχνει το σχήμα πάνω αριστερά στη σελ. 7 του φύλλου δεδομένων. Εξηγήστε όλα όσα βλέπετε και μετράτε στο βοηθό του εργαστηρίου. Integrator circuit using an LM358 op-amp

Πείραμα 10.2:   Ολοκληρωτής

Κατασκευάστε στο εργαστήριο το κύκλωμα δεξιά, που είναι μιά παραλλαγή του κυκλώματος ολοκληρωτή του σχήματος 8.30 (σελ. 42) του βιβλίου. Ενώ το βιβλίο υποθέτει συμμετρική θετική-αρνητική τροφοδοσία του τελεστικού, και γι' αυτό έχει τη θετική είσοδο του τελεστικού γειωμένη (δηλαδή στη μέση τάση της τροφοδοσίας), ο δικός μας τελεστικός τροφοδοτείται μεταξύ γής και θετικής τάσης· γι' αυτό το λόγο, πολώνουμε τη θετική είσοδο του τελεστικού με ένα διαιρέτη τάσης, πάλι στη μέση τάση της περιοχής τροφοδοσίας. Σε κανονική λειτουργία (δηλαδή όσο η Vout δεν φτάνει στα όρια των δύο τάσεων τροφοδοσίας --γή και θετική), η αρνητική είσοδος του τελεστικού θα κρατιέται κι αυτή στη μέση τάση της περιοχής τροφοδοσίας. Πατώντας το διακόπτη S1, δίνουμε φορτία στον πυκνωτή C, κάνοντας την αριστερή του πλάκα θετικότερη από τη δεξιά· αφού ο αριστερός του κόμβος κρατιέται στη σταθερή μέση τάση, λόγω τελεστικού και ανάδρασης, ο δεξιός του κόμβος, Vout, θα πέφτει σε χαμηλότερες τάσεις. Αντίθετα, πατώντας το διακόπτη S2, απορροφάμε φορτία από τον πυκνωτή C, άρα κάνουμε το δεξιό του κόμβο, Vout, να ανεβαίνει σε ψηλότερες τάσεις. Ο πυκνωτής C μπορεί να έχει πότε θετικές και πότε αρνητικές τάσεις, άρα πρέπει να μην είναι ηλεκτρολυτικός· τον θέλουμε μεγάλο, γιά να να είναι αργό το φαινόμενο: θα προσπαθήσουμε να είναι C = 10 μF, και οι αντιστάσεις φόρτισης-εκφόρτισης νε είναι επίσης μεγάλες --κάμποσα MΩ.

Επαληθεύστε τα παραπάνω στο εργαστήριο: μετρήστε την Vout με το βολτόμετρο (πολύμετρο). Χρησιμοποιώντας και ένα χρονόμετρο, μετρήστε το ρυθμό ανόδου της Vout όταν πατιέται ο S2, και μετρήστε το ρυθμό καθόδου της Vout όταν πατιέται ο S1. Ελέξτε πώς αυτοί σχετίζονται με τις αντιστάσεις, τον C, και την τάση τροδοδοσίας. Λάβετε υπ' όψη σας ότι, με τόσο μεγάλες αντιστάσεις, δηλαδή με τόσο μικρά ρεύματα φόρτισης-εκφόρτισης, το ρεύμα πόλωσης της εισόδου παύει να είναι αμελητέο· κατά το φύλλο δεδομένων, αυτό μπορεί να είναι μέχρι 500 nA (αν και η τυπική του τιμή είναι πολύ μικρότερη). Μετρήστε αυτό το ρεύμα εισόδου, από το ρυθμό καθόδου της Vout όταν κανείς διακόπτης δεν πατιέται (το ρεύμα πόλωσης εξέρχεται από τον ακροδέκτη του τελεστικού). Το ρεύμα πόλωσης υπάρχει και όταν πατιέται ο S1 ή ο S2, άρα πρέπει να το λάβετε υπ' όψη σας στους παραπάνω υπολογισμούς. Όταν πατήστε και τον S1 και τον S2 ταυτόχρονα, τι γίνεται; Παρατηρήστε ότι το κύκλωμά σας τότε αποτελεί σύνθεση του αθροιστή (σχ. 8.7, σελ. 14) και του ολοκληρωτή (σχ. 8.30, σελ. 42).


[Up - Table of Contents]
[Prev - 9. Zener Diode Circuits]
[printer version - PDF]
[11. Schmitt Trigger - Next]

Up to the Home Page of CS-121
 
© copyright University of Crete, Greece.
last updated: 27 Apr. 2011, by M. Katevenis.