ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI TRANSPORTU POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU Zakład Telekomunikacji w Transporcie

LABORATORIUM ELEKTRONIKI II

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 8

WZMACNIACZ OPERACYJNY

AUTOR SPRAWOZDANIA: Rębas Igor SKŁAD ZESPOŁU: Rębas Igor Adam Sławek

GRUPA SRD

SEMESTR VI

Data wykonania ćwiczenia 09.03.2011

Data oddania sprawozdania 16.03.2011

Pierwszym zadaniem, które należało wykonać, było określenie jakie napięcia U₂ powodują komparację napięcia U_A na wyjściu komparatora, którym był wzmacniacz operacyjny, dla trzech różnych wartości U₁. Wykonaliśmy 3 serie pomiarów, pierwsza z nich wykonywana była bez dodatkowego obciążania, w kolejnych dołożyliśmy rezystancję o wartości odpowiednio 100 [kΩ] i 169 [kΩ]. Wyniki zamieściliśmy w tabelach poniżej:

U1 [V]	-6,2		-0,03		4,0
U2 [V]	-6,21	-6,1	-0,1	0,24	3,97	4,1
UA [V]	-12,2	14,4	-12,23	14,4	-12,22	14,4
komparacja	↓	↑	↓	↑	↓	↑

Bez dodatkowej rezystancji

U1 [V]	-6,2		-0,03		4,19
U2 [V]	-13,98	-0,38	-8,29	7,47	-0,71	11,74
UA [V]	-12,24	14,33	-12,23	14,35	-12,23	14,37
komparacja	↓	↑	↓	↑	↓	↑

Dla R₃ = 100 [kΩ]

U1 [V]	-6,2		0,07		5,21
U2 [V]	-12,37	-2,45	-5,76	5,22	0,52	10,53
UA [V]	-12,23	14,33	-12,23	14,35	-12,23	14,37
komparacja	↓	↑	↓	↑	↓	↑

Dla R₃ = 169 [kΩ]

↑ - komparacja do góry

↓ - komparacja do dołu

Komparacja do góry jest to osiągnięcie przez wyjście układu stanu wysokiego. W naszym przypadku komparacja w górę na wyjściu U_A zachodzi wówczas, gdy napięcie na wejściu nieodwracającym U₂ jest wyższe niż napięcie na wejściu odwracającym U₁.

Komparacja do dołu to osiągnięcie na wyjściu stanu niskiego. Analizując nasze wyniki widzimy, że komparacja w dół na wyjściu U_A zachodzi jeżeli napięcie na wejściu odwracającym U₁ jest wyższe niż napięcie na wejściu nieodwracającym U₂.

Po dołożeniu rezystancji można zauważyć, że napięcie U₂ zaczęło się znacznie różnić od napięcia U_1.

Naszym następnym zadaniem było zmierzenie wartości napięcia U₁ przy wejściu odwracającym i napięcia U_A na wyjściu wzmacniacza operacyjnego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym przy stałej wartości napięcia U₂ na wejściu nieodwracającym

Pomiary zostały wykonane dla stałej wartości U₂ = 2 [V]

U1 [V]	-11,2	-7,8	-3,02	0,96	4,19	9,68	13,28
UA [V]	14,31	14,31	14,32	5,11	-4,59	-10,23	-12,23

R_X = 100 [kΩ],

U1 [V]	-9,59	-7,26	-2,47	0,56	3,6	7,99	12,55
UA [V]	14,3	14,3	8,31	4,03	-0,26	-6,47	-12,21

R_X = 47 [kΩ],

U1 [V]	-9,15	-5,4	-0,82	2,84	6,43	10,75	13,12
UA [V]	9,39	6,9	3,87	1,45	-0,94	-3,8	-5,67

R_X = 22 [kΩ].

Zależność U_A = f(U₁) przedstawia poniższy wykres:

Z wykresu łatwo możemy wywnioskować, iż zwiększenie rezystancji R_X bardzo silnie wpływa na zależność U_A = f(U₁). Informuje nas o tym większe wygięcie linii wykresu.

Współczynnik wzmocnienia ma wartość ujemną, gdyż: k_u = -U₂/ U₁

Kolejne pomiary, których wyniki umieściliśmy w tabelach poniżej przedstawiają zależności między współczynnikiem wypełnienia W_W, napięciem na wejściu odwracającym U₁ i napięciu na wyjściu wzmacniacza U_A.

Ww	3/20	6/20	9/20	12/20	15/20	18/20
U1 [V]	1,92	1,62	0,71	-0,01	-0,95	-1,89
UA [V]	5,61	9,36	12,12	12,62	12,77	10,13

R₂ = 2 • 33 [kΩ]

Ww	3/20	6/20	9/20	12/20	15/20	18/20
U1 [V]	1,87	1,43	0,72	-0,08	-1,0	-1,61
UA [V]	6,8	10,47	12,09	12,61	12,72	11,6

R₂ = 2 • 47 [kΩ]

Na obydwu wykresach można zauważyć, iż zmiana rezystancji nie ma większego wpływu na zależności w układzie wzmacniacza operacyjnego spełniającego funkcje regulatora sygnałów sinusoidalnych. Widać iż wykresy się pokrywają.

Następnym zadaniem było wykonanie wykresów dopuszczalnych zmian U₁ i U_A w funkcji R_3,

tak aby przebieg nie był zniekształcony.

R3 [kΩ]		22	39	47	69	100	122
U1 [V]	min	12,82	6,87	4,94	3,45	2,03	1,34
		max	-	-8,53	-7,02	-5,79	-2,88	-2,21
	UA [V]	min	2,44	2,75	2,86	3,34	4,02	4,52
		max	-	2,82	2,95	2,97	4,06	4,55

R₂ = 2 x 33 [kΩ]

R3 [kΩ]		22	39	47	69	100	122
U1 [V]	min	-	10,36	7,93	5,0	3,18	2,23
		max	-	-12,61	-9,99	-6,84	-4,22	-3,44
	UA [V]	min	-	2,55	2,68	3,06	3,62	4,0
		max	-	2,66	2,76	3,1	3,63	4,06

R₂ = 2 x 47 [kΩ]

R₂ = 2 x 33 [kΩ]

R₂ = 2 x 47 [kΩ]

WNIOSKI:

W przeprowadzonym ćwiczeniu zbadaliśmy działanie wzmacniacza operacyjnego. W pierwszym podpunkcie sprawdziliśmy, kiedy występuje komparacja w górę, a kiedy w dół. Komparacja w górę zachodziła, gdy na wyjściu układu U_A był stan wysoki a w dół gdy stan niski. Zauważyliśmy także, że po dołożeniu rezystancji napięcie U₂ zaczęło się znacznie różnić od napięcia U₁.

Po narysowaniu charakterystyki U_A = f(U₁), zauważyliśmy, że dodanie rezystancji wpływa na zależność U_A = f(U₁). Zwiększenie wartości rezystora powoduje większe wartości wzmocnienia. Wnioskujemy więc, że współczynnik wzmocnienia jest uwarunkowany nie tylko od napięcia wejściowego i wyjściowego ale również od rezystancji. Współczynnik ma wartość ujemną gdyż k_u = -U₂/ U₁.

Z ostatniego wykresu możemy wywnioskować, że wartość wzmocnienia k_u jest większa dla R₂ = 2x33.

Możemy także wywnioskować, że wzmacniacz operacyjny jako komparator napięcia jest układem o wejściu analogowym i wyjściu cyfrowym, działa na styku elektroniki analogowej i cyfrowej, pełni rolę przetwornika analogowo-cyfrowego

---