4.      Co to jest wzmacniacz? Omówić jego charakterystyczne parametry.

Urządzenie wzmacniające sygnały wejściowe kosztem energii pobieranej ze źródła zasilającego.

Właściwości idealnego wzmacniacza operacyjnego można w skrócie przedstawić następująco:

·         nieskończenie duże wzmocnienie przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego,

·         nieskończenie duża wejściowa impedancja zarówno różnicowa jak i pomiędzy każdym wejściem i masą,

·         impedancja wyjściowa równa zeru,

·         nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia częstotliwości,

·         napięcie wyjściowe równe zeru przy równych napięciach wejściowych,

·         zerowy prąd wejściowy,

·         nieskończenie duży dopuszczalny prąd wyjściowy,

·         nieskończenie duże tłumienie sygnału współbieżnego,

·         niezmienność parametrów pod wpływem temperatury.

Oczywiście wszystkie te właściwości nie są osiągalne, ale upraszczają analizę wzmacniaczy i stanowią wyznacznik do osiągania najlepszych parametrów produkcyjnych wzmacniaczy.

Wzmacniacz operacyjny

Symbol graficzny:
a) powszechnie stosowany symbol;
b) dodatkowo zaznaczone napięcia zasilające oraz napięcia wejściowe i wyjściowe

Wzmacniacz operacyjny to wielostopniowy, wzmacniacz różnicowy prądu stałego, charakteryzujący się bardzo dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym rzędu stu kilkudziesięciu decybeli i przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego, który decyduje o głównych właściwościach całego układu (zob. też wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym).

Wzmacniacz operacyjny jest najbardziej rozpowszechnionym analogowym układem elektronicznym, realizowanym obecnie w postaci monolitycznych układów scalonych. Wielka uniwersalność, przy jednoczesnym wykorzystaniu istotnych właściwości układów scalonych, daje możliwość stosowania go w rozmaitych układach, urządzeniach i systemach elektronicznych, zapewniając masową produkcję, niską cenę i bardzo dobre parametry użytkowe.

Wzmacniacz operacyjny posiada dwa wejścia: odwracające (oznaczane symbolem '-', napięcie na tym wejściu ) i nieodwracające (oznaczane symbolem '+', napięcie na tym wejściu ), oraz jedno wyjście (napięcie na wyjściu ); różnica napięć wejściowych nazywa się napięciem różnicowym ().

Parametry wzmacniacza operacyjnego

Różnicowe wzmocnienie napięciowe

Różnicowe wzmocnienie napięciowe jest to stosunek zmiany napięcia wyjściowego do zmiany różnicowego napięcia wejściowego:

Współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego

W miejsce wzmocnienia sygnału współbieżnego często podawany jest współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego (ang. Common Mode Rejection Ratio, CMRR), który lepiej określa własności wzmacniacza. Określa go wzór:

Współczynnik CMRR wyrażany jest zazwyczaj w decybelach.

Wyjściowe napięcie niezrównoważenia

Napięcie na wyjściu wzmacniacza, gdy na obu wejściach napięcie jest równe zero.

Rezystancja wejściowa

Określa się:

·         Rezystancję sygnału różnicowego, określoną jako rezystancję między wejściami wzmacniacza przy podawaniu napięcia między wejścia.

·         Rezystancję sygnału współbieżnego, określoną między jednym z wejść a masą.

Rezystancja wyjściowa

Określa się jako rezystancję wyjścia przy obu sygnałach wejściowych równych zero.

Współczynnik tłumienia wpływu zasilania

Współczynnik tłumienia wpływu zasilania (ang. Power Supply Rejection Ratio, PSRR), określa się jako stosunek zmiany napięcia zasilania do wywoływanej przezeń zmiany napięcia wyjściowego.

Współczynnik PSRR wyrażany jest zazwyczaj w decybelach.

Zakres zmian napięcia wejściowego

Zakres zmian napięcia na każdym z wejść względem masy, przy których wzmacniacz pracuje poprawnie.

Maksymalne napięcie wyjściowe

Jest to maksymalne napięcie jakie można uzyskać na wyjściu bez nasycenia wzmacniacza.

Maksymalny prąd wyjściowy

Jest to maksymalny prąd jaki może przepływać przez wyjście wzmacniacza przy jego prawidłowej pracy.

Wejściowy prąd polaryzujący

Wymagane jest pewne minimalne natężenie prądu na wejściach wzmacniacza, aby prawidłowo pracował. Jest ono rzędu nA lub uA.

Szybkość zmian napięcia wyjściowego

Jest to maksymalna szybkość zmiany napięcia na wyjściu wzmacniacza po pobudzeniu wejścia jednostkowym skokiem napięcia. Zazwyczaj podawana jest to wartość w woltach na mikrosekundę.

Pasmo pętli otwartej

Pasmo przenoszenia wzmacniacza przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.

Szumy wzmacniacza

Pobór mocy

Iloczyn wzmocnienia i częstotliwości granicznej

Iloczyn wzmocnienia i częstotliwości granicznej (zwykle oznaczany GBW od angielskiego gain bandwidth product). Od tego parametru zależy górna częstotliwość graniczna praktycznego wzmacniacza przy określonym wzmocnieniu.

Czas narastania odpowiedzi na skok jednostkowy

Parametr jest zdefiniowany jako maksymalny czas zmiany na wyjściu wzmacniacza w układzie o wzmocnieniu równym 1 i dużym sygnale wejściowym.

Pomiaru parametru dokonuje się w układzie wtórnika napięcia lub układzie odwracającym. Do wejścia wzmacniacza doprowadza się impulsy prostokątne o odpowiednio dużej amplitudzie i małym czasie narastania. Czas narastania, równy czasowi wzrostu napięcia w zakresie liniowym, określa się z oscylogramu przebiegu czasowego napięcia wyjściowego.

Współczynnik cieplny wejściowego napięcia niezrównoważenia

1.      Omówić podstawowe rodzaje czujników stosowanych w urządzeniach mechatronicznych.

w zależności od rodzaju zbieranej informacji:

1.      Podział stali ze względu na przeznaczenie oraz skład chemiczny.

Ze względu na przeznaczenie:

Ze względu na skład chemiczny:

2.      Różnica między stalą, staliwem a żeliwem.

Strona 4 z 4