INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 3

Transkript

1 INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 3 Fyll inn navn på alle som leverer sammen, 2 per gruppe (1 eller 3 i unntakstilfeller): Informasjon og orientering I denne oppgaven skal du lære litt om operasjonsforsterkere koblet som komparator og ikkeinverterende forsterker. Til dette skal vi først lære å benytte noen nye instrumenter på ELVIS II, nemlig oscilloskopet og signalgeneratoren. Alle obligatoriske oppgaver ved IFI skal følge instituttets reglement for slike oppgaver. Det forutsettes at du gjør deg kjent med innholdet i reglementet og at besvarelsen er i henhold til dette. (Reglementet finner du på Du kan levere håndskrevet besvarelse (med feltene fra denne oppgaven innfylt) til gruppelærer, eller du kan fylle inn feltene med et tekstbehandlingsprogram og levere på mail. Figurer/plott må da også være en del av dokumentet du leverer som besvarelse. Oppgave 1- Se på signaler I denne oppgaven skal du mest bli kjent med to nye instrumenter. Bruk derfor gjerne ekstra tid på eksperimentere hva som skjer når du skrur på knottene i instrumentene. Koble en BNC-kabel med to prober inn på CH0-inngangen for oscilloskopet (på venstre side av ELVIS). Koble den positive proben til utgangen FGEN (pinne 33 på venstre side av breadboardet). Koble den negative proben til jord. Koble en BNC-kabel med to prober inn på TRIG-inngangen for oscilloskopet (på venstre side av ELVIS). Koble den positive proben til utgangen SYNC (pinne 34 på venstre side av breadboardet). Koble den negative proben til jord. Åpne FGEN-instrumentet og start en sinus på 500Hz, Amplitude=1 Volt, Offset=2.5 Volt. Velg Signal route til Prototyping board. Åpne Scope-instrumentet og pass på at CH0 er huket av som Enabled, og at source er satt til SCOPE CH 0. Velg Trigger type: DIGITAL, og pass på at source der er satt til TRIG. Klikk RUN-knappen, og bruk deretter evt. Autoscale. Du bør nå se signalet du satte opp. Skru på visningen slik at du ser ca. 5 perioder av signalet med peak-to-peak ca 80% av y-aksen. Sett opp en cursor til å måle toppen av bølgetoppen Ta et bilde av oscilloskop-vinduet ved hjelp av tastekombinasjonen Ctrl+Alt+Print Screen. Bildet kan nå limes inn i et annet Windows-program med Ctrl-V. (F.eks. Word eller Paint) Legg ved bildet i rapporten på eget ark (bakerst). Merk arket med Oppgave 1 + navnet til person nr.1 som leverer. Side: 1/6

2 Oppgave 2 a Opamp som komparator 10kΩ V P + Vdd V REF - Vss LED Figur 1. Opamp som komparator, med en lysdiode på utgangen. I denne oppgaven skal vi bruke opampen MCP6004. Til venstre i figur 1 utgjør to motstander en spenningsdeler en referansespenning V REF på omtrent 2.5 Volt, litt avhengig av nøyaktigheten til motstandene. Sett sammen kretsen i figur 1, og koble utgangen til inngangen på oscilloskopet. Mål V REF med voltmeteret. V REF = Gjør noen målinger av der V P er mellom 0 Volt og 5 Volt. To der dioden lyser og to der den ikke lyser. #1 #2 #3 #4 V P Side: 2/6

3 Svar på følgende (med teori og/eller eksperimentering som bakgrunn): 1. Forklar eksplisitt hva som sammenlignes med hva i kretsen og hva utgangen blir som funksjon av de to inngangene. 2. Hvordan blir forskjellig om du kobler fra lysdioden og motstanden? Hvorfor forandrer seg? 3. Klarer du med denne kretsen å stille inn V P slik at er et sted mellom metningspenningene? Hvorfor er dette nesten umulig? Svar: Side: 3/6

4 Oppgave 2 b En lysstyrt lysbryter 10kΩ LED V P + Vdd V REF - Vss 300Ω LED En LED er også fotosensitiv. Det vil si at spenningen over/strømmen gjennom dioden påvirkes av lyset som skinner på den. Med denne kretsen skal vi altså slå på en diode hvis det blir for mørkt. Svar: Figur 2. En LED er koblet inn som lyssensitiv diode mellom potmeteret og inngangen til forsterkeren Fortsett med kretsen fra oppgave 2a og koble inn en LED eller annen fotosensitiv diode mellom potmeteret og den positive inngangen til forsterkeren, som vist i figur 2. Juster på potmeteret, mens lys skinner på den lyssensitive dioden, slik at LED en på utgangen så vidt ikke lyser. Bruk deretter hånden/fingeren til å sperre for lyset, og registrer at dioden på utgangen virkelig slår seg på når det blir mørkt og av når det blir lyst. Vis helst frem en fungerende krets til gruppelærer. Svar deretter på følgende uten å måle på kretsen: Hva skjer med spenningen V P når du lar mer lys falle på den lyssensitive dioden? Side: 4/6

5 Oppgave 3 Opamp som forsterker V X + Vdd V Y - Vss R 2 R 1 2,5V Figur 2. Opamp koblet som ikke-inverterende forsterker. Svar: Finn fra figur 2 uttrykt ved V X, R 2 og R 1. (Anta at opampen er idéell dvs. V X =V Y ) A = Anta R 1 =300Ω, R 2 =. Hva blir forsterkningen A? Anta R 1 =300Ω, R 2 =. Hva blir hvis V X = 2.6 Volt? = Side: 5/6

6 Koble opp kretsen i figur 2 med R 1 =300Ω og R 2 =. Bruk den variable forsyningsspenningen VPS for spenningen på 2,5 Volt. Koble signalgeneratoren FGEN til inngangen V X og start en firkantbølge med amplitude 1 500mV, offset 2,5 Volt og frekvens på 100Hz. Koble inn og utsignal til henholdsvis CH0 og CH1 på oscilloskopet. (Man kan evt. benytte en av de analog input-kanalene i stedet for å slippe å finne frem BNC-kabler). Still inn ca 5 perioder av signalet, og sett opp cursorene slik at de måler topp og bunn for utsignalet. Ta et skjermbilde og legg det på eget ark bakerst i rapporten. Mål peak-to-peak spenningen for inn- og utsignalet V pp = V TOPP V BUNN. V UT (P-P) = V INN (P-P) = A = Beregn forsterkningen basert på de to målte peak-to-peak verdiene. Offset i forsterkeren blir også forsterket i kretsen over. D.v.s. i en virkelig opamp vil ikke V X være nøyaktig lik V Y. Når forsterkningen blir stor påvirker offsettydelig DC-nivået til signalet. Vi skal nå finne offset til forsterkeren., koble derfor fra FGEN-signalet og koble spenningen fra VPS også til V X. Erstatt motstandene R 2 og R 1 slik at er tydelig forskjellig fra V X, men er en del mindre enn 5 Volt. For eksempel 1 eller 4 Volt. Forsterkningen blir da sannsynligvis i størrelsesorden (Hint: Det er mulig å bruke en motstand i et potmeter for å variere for eksempel R 2 ) Oppgi målte verdier for de nye motstandene og beregnet forsterkning. R 1 = R 2 = A = Bruk multimeteret til å måle spenningen på og V X. = V X = Bruk de målte verdiene til å beregne V Y og så offset i forsterkeren (V X -V Y ) V Y = FFSET = Takk for innsatsen! Om du ønsker mottas kommentarer til oppgaven med takk! 1 Amplituden på signalgeneratoren er det samme som avstanden fra topp til bunn. Dvs. peak-to-peak. Normalt er amplituden kun utslaget fra midten til enten topp eller bunn, d.v.s. halvparten av peak-to-peak verdien. Side: 6/6