Università degli Studi di Ferrara
Elettronica Analogica
Docente: Prof. Ing. Giorgio Vannini
Esercitazione III: Determinazione empirica delle caratteristiche
statiche e dinamiche di amplificatori realizzati con Op-Amp.
Finalità
Questa esercitazione ha l’obiettivo di far acquisire allo studente familiarità con gli
amplificatori operazionali e con i circuiti implementati con essi; applicando
operativamente le nozioni teoriche, apprese durante il corso.
1) Preparazione del banco di misura e realizzazione del circuito.
Come noto, un amplificatore operazionale (Op-Amp) richiede una alimentazione di
tipo duale (± 20 V), a tale scopo risulta necessario configurare l’alimentatore come
mostrato in Fig.1.
Fig. 1 Configurazione alimentatore per ottenere una alimentazione di tipo duale..
L’Op-Amp (LM741) si presenta come in Fig.2, mentre le sue connessioni
(piedinatura) vengono riportate in Fig.3.
Fig. 2 Amplificatore Operazionale LM741.
Fig. 3 Piedinatura LM741.
Una volta posizionato correttamente sulla breadboard (evitando di cortocircuitare i
diversi piedini), lo si connetta all’alimentazione e si proceda alla compensazione
della tensione di offset (VOS) utilizzando la configurazione riportata in Fig.4. Come si
nota dallo schema, risulta necessario collegare il potenziometro all’alimentazione
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negativa (-Vcc) ed ai piedini 1 e 5 dell’Op-Amp; in Fig.5 viene riportato il particolare
di tale connessione.
Multimetro
Fig. 4 Circuito per la compensazione della VOS.
Fig. 5 Particolare della connessione del potenziometro.
A questo punto risulta possibile realizzare l’amplificatore di tensione in
configurazione non invertente seguendo lo schema circuitale riportato in Fig.6.
R
R2
R=10 kOhm
R
R3
R=10 kOhm
±Vcc
Vin
Vout
R
R1
R=1 kOhm
Vin
Fig. 6 Circuito amplificatore non invertente.
Fig. 7 Realizzazione della tensione di ingresso variabile.
Per fornire diversi livelli della tensione continua in ingresso all’amplificatore è
sufficiente realizzare un partitore con un resistore variabile (Fig.7). Si noti che la
tensione di alimentazione di tale partitore dovrà essere positiva (Vcc) o negativa
(-Vcc) a seconda che i livelli di tensione da applicare siano positivi o negativi.
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2) Determinazione sperimentale della caratteristica di trasferimento
statica dell’amplificatore.
a) Considerando il circuito riportato in Fig.6 si applichi, all’ingresso non invertente
dell’Op-Amp, una tensione (Vin) crescente a partire da zero, prima positiva e poi
negativa, finché la tensione di uscita (Vout) non risulta praticamente costante.
Si scelga opportunamente il passo di variazione della Vin in modo tale da poter
disegnare le diverse regioni di funzionamento dell’amplificatore:
lineare;
nell’intorno dell’origine;
zona di saturazione positiva;
zona di saturazione negativa.
(Suggerimento: eseguire un numero di misure complessivo non superiore a 30)
Si riportino i risultati delle misurazioni nella tabella a pagina seguente, mentre si
utilizzi un qualsiasi programma (e.g. Excel) per tracciare i grafici (da allegare alla
presente dispensa) nelle diverse zone di funzionamento.
b) Dalla pendenza della caratteristica in regione lineare, si ricavi il guadagno di
tensione:
Av
Vout
Vin
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Tensione di ingresso (Vin)
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Tensione di uscita (Vout)
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3) Determinazione sperimentale del comportamento in regime
dinamico dell’amplificatore.
Si configuri il generatore di funzioni per erogare una forma d’onda sinusoidale di
ampiezza pari a 1.6 V (picco-picco). Successivamente si connetta il generatore di
funzioni all’ingresso (Vin) dell’amplificatore riportato in Fig. 6 e si visualizzino le
forme d’onda Vin e Vout utilizzando i due canali dell’oscilloscopio.
Si compili la tabella riportata di seguito, nella quale con Amp(Vin) ed Amp(Vout) si
sono indicate rispettivamente le ampiezze picco-picco delle due forme d’onda.
Freq
100 Hz
500 Hz
1 kHz
10 kHz
15 kHz
20 kHz
30 kHz
40 kHz
50 kHz
100 kHz
500 kHz
Amp(Vin)
Amp(Vout)
G=Amp(Vout)/Amp(Vin)
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4) Determinazione sperimentale dello slew-rate (SR).
Si configuri il generatore di funzioni per erogare una forma d’onda rettangolare di
ampiezza pari a 1.6 V (picco-picco), con periodo 1 ms. Successivamente si connetta
il generatore di funzioni all’ingresso (Vin) dell’amplificatore riportato in Fig. 6 e si
visualizzino le forme d’onda Vin e Vout utilizzando i due canali dell’oscilloscopio.
Si valuti il valore dello SR (sul fronte di salita SRs e di discesa SRd) secondo la
seguente definizione:
SRs=(ΔVout)/Δt = _________ V/s
SRd=(ΔVout)/Δt = _________ V/s
Nella quale ΔVout indica la variazione (picco-picco) della tensione di uscita e Δt
l’intervallo di tempo richiesto per eseguire tale variazione.
