Pomiar 2

W kolejnym kroku zostanie zbadany typowy wzmacniacz operacyjny pracujący w konfiguracji z wejściem odwracającym. Charakterystyka częstotliwościowa takiego układu jest płaska w zakresie do około 200 kHz. Nas jednak będzie interesować, jak zmieni się ta charakterystyka po włączeniu filtru TT w gałąź ujemnego sprzężenia zwrotnego? Dysponując zestawami Analog Discovery i Analog Parts Kit można się o tym przekonać dosłownie po kilku minutach. Do prób zastosowano wzmacniacz operacyjny OP27 Analog Devices. Charakterystykę układu zmierzoną przyrządem Network Analyzer przedstawiono na rysunku 5.

Rys. 5. Charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza OP27 z filtrem TT w gałęzi ujemnego sprzężenia zwrotnego

Jak widać, teraz układ silnie wzmacnia sygnał o częstotliwości równej f₀ filtru, tłumiąc pozostałe. Takie spostrzeżenie podpowiada, że efekt ten można wykorzystać do wydzielenia jednej częstotliwości z widma jakiegoś sygnału. Do eksperymentu świetnie nadaje się przebieg prostokątny, charakteryzujący się występowaniem w jego widmie częstotliwości podstawowej i malejących nieparzystych harmonicznych. Jeśli przebieg taki zostanie doprowadzony do wejścia wzmacniacza, to wszystkie harmoniczne zostaną odfiltrowane, pozostanie tylko jedna składowa widma, a to oznacza, że na wyjściu wzmacniacza otrzymamy przebieg sinusoidalny (rysunek 6). Wystarczy zatem uruchomić generator arbitralny Analog Discovery, ustawić generację przebiegu prostokątnego o częstotliwości f₀ filtru i małej amplitudzie rzędu 50 mV. Wynik uzyskujemy dosłownie po kilku kliknięciach myszką. W oknie oscyloskopu ukazuje się przebieg sinusoidalny.

Rys. 6. Sinusoida otrzymana przez odfiltrowanie harmonicznych przebiegu prostokątnego

Można dyskutować na temat jego jakości. Kształt wydaje się ładny, jednak po uruchomieniu analizy FFT wyraźnie są widoczne nie do końca wytłumione harmoniczne. Ale też nie jest najgorzej – 3. harmoniczna jest stłumiona w stosunku do częstotliwości podstawowej o ponad 37 dB, czyli ok. 80 razy. Nie to jest jednak istotne. Nie walczyliśmy specjalnie o jakość tej sinusoidy, dysponując określonym zestawem elementów elektronicznych świadomie zdecydowaliśmy się przecież na pogorszenie parametrów filtru. Najważniejszym celem było zademonstrowanie szerokich możliwości przyrządu Analog Discovery. Eksperyment potwierdził, że można nim szybko i z zadawalającą dokładnością mierzyć szereg bardzo zróżnicowanych parametrów elektrycznych. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej jest dobrym tego przykładem. Zadanie takie nie jest łatwe nawet dla posiadaczy oscyloskopów i generatorów funkcyjnych. Problemu nie rozwiązuje też całkowicie generator z przemiataniem częstotliwości. Biorąc więc pod uwagę możliwości zestawu Analog Discovery w odniesieniu do jego ceny trudno znaleźć konkurencyjny wyrób.

Jarosław Doliński