Mérés laboratórium 3 - 4. mérés ellenőrző kérdései

← Vissza az előző oldalra – Mérés laboratórium 3.

1. Milyen paraméterei vannak egy ideális műveleti erősítőnek?

A_d → ∞, r_d → ∞, r _ki → 0
Ahol r_d a differenciális bemeneti ellenállás, r _ki a kimenő ellenállás
Két bemenete van és az ezek közti feszültségkülönbséget erősíti, az A_d -vel jelöljük a differenciális feszültség erősítés arányát.
Az ideális műveleti erősítő végtelen nagy bemeneti- és zérus kimeneti impedanciájú, ofszet és drift jellemzői zérus értékűek.
A legtöbb alkalmazásban a műveleti erősítő ideálisnak tekinthető.
(Általános célú, olcsó műveleti erősítő paraméterei: *A* = 10⁵, r_d = 10MΩ, r _ki = 1kΩ)

2. Mekkora feszültség mérhető egy ideális műveleti erősítő „+” és „-” bemenete között, ha az erősítő nincs túlvezérelve?

0V
A valóságos műveleti erősítőknél az ofszet feszültség nem zérus, azaz a két bemenet közé feszültséget kell kapcsolni, hogy a kimeneti feszültség zérus legyen.

(Az ideális erősítő a két bemenet közötti feszültséget a végtelennel szorozza. Tehát ha lenne feszültség közöttük, akkor + vagy – végtelen lenne a kimeneten. A gyakorlatban viszont a föld és a tápfeszültség korlátozza a kimenetet, ezt nevezzük túlvezérlésnek.)

3. Mi az ofszet feszültség?

Az ideális erősítő valamekkora konstanssal növeli a bemeneti feszültségek különbségét. Nyilván ha a két bemenet megegyezik, akkor ez az érték 0V tehát a kimenet 0V lesz (A*0 = 0). Azonban a gyakorlatban gyártási okoknál fogva a műveleti erősítő két bemenete nem lesz feltétlen egyenlő, amikor a kimenet 0V (hanem lesz köztük egy kis különbség) (tehát nem tökéletesen szabályozza a kimenettel a két bemenet közti különbséget). Ez a különbség az opamp offset feszültsége.
Ha az erősítőt nem vezéreljük, akkor is van nullától különböző kimeneti jele. Ezt a jelenséget nullpont eltolódásnak, vagy ofszetnek nevezzük. A valóságos erősítőt egy ideális, ofszetmentes erősítővel és annak bemenetére kapcsolódó ofszet generátorokkal helyettesítjük. A generátorok forrásjellemzőit bemeneti ofszet feszültségnek illetve bemeneti ofszet áramnak nevezzük.
Egy tipikus erősítő ofszet feszültsége 1 és 10 mV közt van. Tehát egy nyílt körben 10mV offset feszültségnél Vin+ == 1V, Vin- == 1.01V bemenő feszültségekkel lesz 0V a kimenet.

4. Mi a különbség a kimeneti és a bemeneti ofszet feszültség között?

A kimeneti ofszet feszültség az a feszültség, ami az erősítő kimenetén mérhető amennyiben a bemenetei nem vezéreltek (földelve vannak).
A kimeneti ofszet feszültség a bemeneti ofszet feszültség erősítésszerese. U_off,ki = A * U _off,be

5. Milyen módszerekkel lehet megmérni egy erősítő kivezérelhetőségét?

Adott frekvencián a kimeneti jelet figyeljük oszcilloszkópon. A szinuszos bemeneti feszültséget addig növeljük, amíg a kimenő jel torzítani kezd, majd visszacsökkentjük, amíg a torzítás meg nem szűnik.

6. Hogyan méri meg egy erősítő erősítési tényezőjét (A_o)?

Az erősítő bemenetére olyan adott frekvenciájú jelet kapcsolok, hogy a kimeneten pl 10V legyen a szinuszjel amplitúdója és az erősítő ne legyen túlvezérelve. Ekkor egy digitális multiméterrel megmérem a bemeneten és a kimeneten lévő szinuszjel nagyságát és ebből meghatározom a feszültségerősítést.

7. Hogyan értelmezik a dB-t?

A méréstechnikában az erősítést a számértékével jellemzik, a híradástechnikában rendszerint egy logaritmikus skálát, a deciBel (dB) skálát használják.
Feszültségerősítés esetén: Au [dB] = 20 log (Uaki / Uabe)
Teljesítményerősítés meghatározásánál: Ap [dB] = 10 log (Pki / Pbe)

8. Egy erősítőt vizsgálunk. A bemenetre 0,5 Veff értékű, sávközépi frekvenciájú jelet adunk. A kimeneten 10V_eff értéket mérünk. Mekkora az erősítés dB-ben?

Au [dB] = 20 log (Uaki / Uabe) = 20 log (10 / 0,5) = 20 * 1,3 = 26 dB

9. A fenti erősítő esetében, változatlan bemenő jelszintet feltételezve, mekkora feszültséget fogunk mérni a kimeneten az erősitő -3dB-es felső határfrekvenciáján? És az erősitő -3dB-es alsó határfrekvenciáján?

A -3dB ~0.7-szeres (1/sqrt(2)) erősítést jelent, így kb. 7V_eff a kimenő jel feszültsége.

(a -3dB relatív erősítés a ~26dB-hez képest, azaz az erősítés ~23dB=20log(A)-> A=10^(23/20)=~14,12 (ami egyébként 20*~0,7, tehát stimmel az erősítés és dB közti számítás) 0,5Veff*14,12=kb 7,06Veff) (by Poro)

$23=20\cdot log{\frac {U_{ki}}{0.5}}\,$
${\frac {23}{20}}=log(2\cdot U_{ki})\,$
$10^{\frac {23}{20}}=2\cdot U_{ki}\,$

$U_{ki}=7,06V\,$

10. A 34401A típusú multiméter bementére egy 2 Vpp nagyságú, +1 V ofszet feszültségű, 600 Hz frekvenciájú szinuszjelet adunk. Milyen értéket fog mutatni a multiméter AC V üzemmódban (VAC kijelzés)? Milyen értéket fog mutatni a multiméter DC V üzemmódban (VDC kijelzés)?

AC V: a multiméter a váltóáramú komponens effektív értékét méri, ez 1/sqrt(2) (1V a szinuszjel csúcsértéke, gyökkettő a szinusz alatti terület, ld. 220V) DC V: a multiméter csak az egyenáramú komponenst méri ebben a módban, így +1V az eredmény (ez egyenlő az ofszet feszültséggel, vagyis azzal, hogy mennyivel van eltolva a jel a 0-tól függőlegesen)

11. Egy erősítő bemenetén kondenzátoros csatolás van. Ez az erősítő alsó vagy felső határfrekvenciájának értékét befolyásolhatja?

Az alsó határfrekvenciát (fa) az erősítő bemenetére és kimenetére kapcsolt soros kondenzátorok határozzák meg. Kis frekvencián ezen kondenzátorok XC-je olyan mértékben megnövekedik, hogy szakadásként viselkednek, ennek következtében csökken az erősítés. Ez a frekvencia az f0=1/(2*pi*RC) képlet alapján számítható.

A felső határfrekvenciát (ff) az erősítő tranzisztor parazitakapacitásai határozzák meg. A tranzisztor bázisa és emittere közti p-n átmenetében, a kissebségi töltéshordozók által létrehozott, diffúziós kapacitás nagyfrekvencián sönt ként működik, a bázisáram egy része ezen keresztül folyik, csökkentve a vezérlést. A tranzisztor bázisa és kollektora közötti p-n átmenet záró irányban van előfeszítve, kiürített réteg hozva létre, mely kondenzátorként működik. Nagyfrekvencián a kimeneti áram egy része ezen keresztül folyik, így csökken a terhelésre jutó áram, ezáltal a tranzisztor erősítése.

Tehát az alsót.

(konyhanyelven: Ha a jel nem változik elég gyorsan, akkor a kondenzátornak van ideje feltöltődni, kisülni, és teljesen elnyelheti a jelet.) Ha az AC csatolást jellemző alsó határfrekvencia legalább egy nagyságrenddel kisebb az adott üzemi frekvenciánál, akkor gyakorlatilag nem befolyásolja az üzemi feszültség-erősítést. A felső határfrekvenciát alapvetően a műveleti erősítő határfrekvenciája és az alkalmazott visszacsatolás mértéke határozza meg. (konyhanyelven: itt pedig arról van szó, hogyha a jel túl gyorsan változik, akkor a műveleti erősítő nem tud vele lépést tartani)

12. A 2. ábrán látható kapcsolású erősítőben R₄ értéke 10 kΩ, a megkívánt alsó határfrekvencia ~40 Hz. Milyen névleges értékű legyen a C₄?

f_alsó = 1/(2piR₄C₄) -> C₄~0.398 μF

13. Hogyan mérjünk fázistolást kétcsatornás oszcilloszkóppal?

Az oszcilloszkópos mérésnél a fázistolás legegyszerűbben a bemenő és kimenő jel közti időeltolódásból határozható meg. Az időeltolódás kétcsatornás oszcilloszkóp esetén a bemenő és a kimenő jel egyidejű felrajzoltatásával meghatározható. A fáziseltolódásnak nem is a tényleges idejét célszerű meghatározni, hanem a periódusidőre vonatkoztatott relatív értékét. Ez esetben ugyanis az oszcilloszkóp ún. idő-skálafaktor hibája kiesik.
A leolvasási hibák csökkentésére az egyes csatornák erősítésének értékét és a vízszintes időeltérítést úgy célszerű beállítani, hogy a jel egy periódusának ábrája viszonylag nagy legyen a képernyőn. Továbbá a szinuszjel időméréshez kiválasztott pontja (feszültségszintje) a jel meredekebb részén legyen, a vízszintes irányú leolvasási hiba csökkentésére. Egy kedvező választás a nullátmenet.
A beágyazott mikroszámítógépet tartalmazó digitális oszcilloszkópok ezt a mérést általában automatikusan is el tudják végezni.

14. Hogyan értelmezik általában a felfutási időt?

Felfutási idő: a csúcsérték egytized és kilenctized része közötti időtartam az impulzus felfutó élén.

15. Hogyan méri meg egy hiszterézises komparátor transzfer karakterisztikáját?

Az oszcilloszkópot X-Y állásba kapcsolom, az X bemenetre a jelgenerátor kimenetét adom, melyet előzőleg a komparátor bemenetére kapcsoltam, az Y bemenet pedig a komparátor kimenete lesz.

16. A transzfer karakterisztika mérésénél milyen amplitúdójú és hullámformájú bemenő jelet célszerű választani?

Olyan amplitúdójú jelet kell választani, ami nem haladja meg az áramköri elem katalógusban megadott határértékeit (célszerű mindig ellenőrizni a jel pozitív és negatív csúcsértékét oszcilloszkóppal, dc. csatolású állásban), hullámformának pedig célszerű lassan változó (nem ugrásszerű) periodikus jel választása (szinusz, háromszög, trapéz).

18. Egy nem invertáló műveleti erősítő visszacsatoló ellenállása 20k Ohm. Mekkora a másik kettő, ha a feszültségerősítés 21?

Osszeolozva mas wiki oldalakbol -- VMiklos - 2007.11.23.

+1 Hogyan méri meg egy műveleti erősítő feszültségerősítését multiméter, illetve oszcilloszkóp segítségével?

Az erősítő bemenetére olyan adott frekvenciájú szinusz jelet kapcsolok, hogy az erősítő ne legyen túlvezérelve.

multiméterrel: A multiméterrel _ACV üzemmódban az erősítő bemeneti feszültségét (U_be), majd kimeneti feszültségét (U_ki) mérem meg.

oszcilloszkóppal: Az oszcilloszkóp egyes csatornájára az erősítő bemeneti jelét kapcsolom, a másik csatornájára az erősítő kimeneti jelét. Majd például a Quick Measure funkcióval vagy kurzorok segítségével megmérem mindkét jel peak-to-peak értékét. (1. csatorna U_p-p = U_be, 2. csatorna U_p-p = U_ki)

Az erősítés a két mért érték hányadosa, azaz A_u = U_ki / U_be

bonusz:

Ajánlom mindenki figyelmébe hogy nézze át erre a mérésre a feszültségosztást, mert van olyan labor ahol bemeneti feszültségből egy ellenállás hálózaton ki kell számolni a mekkora feszültség esik valamelyik ellenálláson.
szaja - 2008.11.13