Przedstawiamy przykład zastosowania uniwersalnego zestawu pomiarowego ADALM2000 do badania układów ze wzmacniaczami operacyjnymi, w konfiguracjach umożliwiających regulację wzmocnienia.

Cel

Większość układów wzmacniaczy operacyjnych ma stałe wzmocnienie. W praktyce często konieczna jest jednak zmiana tego parametru. Najprościej można to zrealizować za pomocą potencjometru umieszczonego na wyjściu wzmacniacza operacyjnego o stałym wzmocnieniu. Faktycznie, uzyskamy w ten sposób regulację napięcia wyjściowego, ale z różnych względów nie jest to metoda, którą w wielu przypadkach można zaakceptować. Znacznie korzystniej jest tak zaprojektować układ, aby zmieniane było wzmocnienia samego wzmacniacza.

Wzmacniacz o zmiennym wzmocnieniu lub wzmacniacz sterowany napięciem to wzmacniacz, który zmienia swoje wzmocnienie w zależności od napięcia sterującego. Ten typ układu ma wiele zastosowań, takich jak kompresja poziomu dźwięku, modulacja amplitudy i wiele innych. Wzmacniacz o regulowanym wzmocnieniu można zaprojektować w oparciu o rezystor sterowany napięciem. To ten element będzie zmieniał wzmocnienie. Rezystor sterowany napięciem można zbudować używając tranzystora z prostym układem polaryzacji. Innym podejściem jest zastosowanie potencjometru do zmiany wartości rezystorów ustawiających wzmocnienie wzmacniacza.

Materiały

Do praktycznej realizacji postawionego celu potrzebne będą:

• Zestaw pomiarowy ADALM2000
• Płytka prototypowa (stykowa) i zestaw przewodów połączeniowych
• Dwa rezystory 1 kΩ
• Jeden rezystor 4,7 kΩ
• Trzy rezystory 10 kΩ
• Jeden potencjometr 10 kΩ
• Jeden wzmacniacz operacyjny OP97
• Jeden tranzystor 2N3904 NPN

Wzmacniacz sterowany napięciem wykorzystujący tranzystor

Podstawy

Rozważmy schemat układu przedstawionego na rys. 1.

Rys. 1. Sterowanie napięciem za pomocą tranzystora.

Konfiguracja układu jest podobna do podstawowego wzmacniacza nieodwracającego. Jedynym dodatkiem jest tranzystor i rezystor połączony równolegle z rezystorem R2. Tranzystor działa jako przełącznik, który umożliwia dwa ustawienia wzmocnienia w zależności od jego aktualnego stanu (włączony/wyłączony).

Konfiguracja sprzętu

Układ testowy wzmacniacza sterowanego napięciem za pomocą tranzystorów zbudujemy na płytce prototypowej (rys. 2).

Rys. 2. Układ wzmacniacza ze sterowaniem za pomocą tranzystora, zmontowany na płytce prototypowej

Procedura

Użyj pierwszego generatora przebiegów jako źródła V_IN, wytwarzającego sygnał sinusoidalny podawany na wejście wzmacniacza. Wartość międzyszczytowa tego napięcia jest równa 2 V, a częstotliwość 1 kHz. Drugi generator będzie zastosowany do sterowania tranzystorem. Powinien być skonfigurowany jako generator fali prostokątnej o amplitudzie 2 V i częstotliwości 1 Hz. Zasil wzmacniacz operacyjny napięciem ±5 V z zasilacza zestawu ADALM2000. Skonfiguruj oscyloskop tak, aby sygnał wejściowy był wyświetlany w kanale 1, a sygnał wyjściowy w kanale 2 (rys. 3).

Rys. 3. Przebiegi wyjściowe wzmacniacza o wzmocnieniu sterowanym napięciem z użyciem tranzystora

Sygnał wyjściowy przyjmuje cyklicznie zmieniane dwie wartości, określone przez dwa ustawienia wzmocnienia, w zależności od stanu sterowanego tranzystora.

Wzmacniacz odwracający o zmiennym wzmocnieniu wykorzystujący potencjometr

Podstawy

Rozważmy schemat obwodu przedstawiony na rys. 4.

This article discusses operational amplifiers focusing on variable-gain/voltage-controlled amplifiers.

We wzmacniaczu odwracającym potencjometr służy do ręcznego sterowania napięciem wyjściowym, zastępując standardowy rezystor sprzężenia zwrotnego.

Konfiguracja sprzętu

Zbuduj wzmacniacz o wzmocnieniu sterowanym potencjometrem na płytce prototypowej (rys. 5).

Rys. 5. Wzmacniacz odwracający o regulowanym wzmocnieniu za pomocą potencjometru, zbudowany na stykowej płytce prototypowej

Procedura

Użyj pierwszego generatora przebiegów jako źródła V_IN, wytwarzającego sygnał sinusoidalny podawany na wejście wzmacniacza. Wartość międzyszczytowa tego napięcia jest równa 2 V, a częstotliwość 1 kHz. Zasil wzmacniacz operacyjny napięciem ±5 V z zasilacza zestawu ADALM2000. Skonfiguruj oscyloskop tak, aby sygnał wejściowy był wyświetlany w kanale 1, a sygnał wyjściowy w kanale 2 (rys. 6).

Rys. 6. Przebiegi wzmacniacza odwracającego o wzmocnieniu regulowanym potencjometrem

W tej konfiguracji napięcie wyjściowe jest w przeciwfazie w odniesieniu do napięcia wejściowego, a wzmocnienie zależy od rezystancji rezystora sprzężenia zwrotnego.

Wzmacniacz odwracający/nieodwracający o zmiennym wzmocnieniu wykorzystujący potencjometr

Podstawy

Rozważmy schemat układu przedstawiony na rys. 7.

Rys. 7. Wzmacniacz odwracający/nieodwracający o zmiennym wzmocnieniu za pomocą potencjometru

W tej konfiguracji wzmacniacza potencjometr służy do ręcznego sterowania napięciem wyjściowym, które ma odwróconą fazę w odniesieniu do napięcia wejściowego, a wzmocnienie jest regulowane potencjometrem.

Konfiguracja sprzętu

Zbuduj wzmacniacz sterowany napięciem wykorzystujący potencjometr na stykowej płytce prototypowej (rys. 8).

Rys. 8. Układ wzmacniacza odwracającego/nieodwracającego o zmiennym wzmocnieniu z potencjometrem zmontowany na płytce prototypowej

Procedura

Użyj pierwszego generatora przebiegów jako źródła V_IN, wytwarzającego sygnał sinusoidalny podawany na wejście wzmacniacza. Wartość międzyszczytowa tego napięcia jest równa 2 V, a częstotliwość 1 kHz. Zasil wzmacniacz operacyjny napięciem ±5 V z zasilacza zestawu ADALM2000. Skonfiguruj oscyloskop tak, aby sygnał wejściowy był wyświetlany w kanale 1, a sygnał wyjściowy w kanale 2 (rys. 9)

Rys. 9. Przebiegi wzmacniacza odwracającego/nieodwracającego o zmiennym wzmocnieniu przy użyciu potencjometru

W tej konfiguracji sygnał wyjściowy jest wzmacniany w zakresie ±V_IN.

Autor: Antoniu Miclaus

Tłumaczenie i redakcja: Jarosław Doliński