Materiały i metody:

Ćwiczenie składało się z dwóch części. Część pierwsza polegała na zapoznaniu się z działaniem fotoogniwa. Badana była zależność siły elektromotorycznej fotoogniwa zarówno od odległości źródła światła, jak i od zmiany napięcia zasilającego żarówkę. Część druga polegała na zapoznaniu się z działaniem wzmacniacza. Wyznaczano wartość wzmocnienia wzmacniacza trzema różnymi metodami.

Do wykonania tego ćwiczenia użyto aparaturę do pomiaru charakterystyki ogniwa zrobionej wg poniższego schematu:

Wykorzystano także wzmacniacz i oscyloskop z wbudowanym generatorem. Tak wyglądał układ pomiarowy do badania wzmacniania prądu zmiennego we wzmacniaczu:

W części pierwszej wartość siły elektromotorycznej i napięcia mierzono za pomocą miernika uniwersalnego. W części drugiej wartość SEM odczytywano z oscyloskopu. Wszystkie obliczenia i wykresy wykonano przy pomocy programu komputerowego Excel 2007.

Rezultaty:

Poniżej przedstawiono wyniki pomiarów wykonanych w części pierwszej:

Dla U=5

L.p.	Odległość żarówki od fotoogniwa	Siła elektromotoryczna powstająca w ogniwie
	r [cm]	SEM [mV]
1	10	46
2	15	31
3	20	22,2
4	25	17,3
5	30	13,9
6	35	11,6
7	40	9,8
8	45	8,5
9	50	7,5

Tab. 1 Wartość SEM w zależności od odległości żarówki od fotoogniwa przy stałym napięciu zasilającym żarówkę

Rys. 1 Wykres przedstawiający zależność SEM od odległości żarówki od fotoogniwa

Rys. 2 Wykres przedstawiający zależność SEM od 1/r^2

Dla r=20cm

L.p.	Napięcie zasilające żarówkę	Siła elektromotoryczna powstająca w ogniwie
	U [V]	SEM [mV]
1	0,36	0,1
2	1,12	0,8
3	1,63	2,2
4	2,35	5,3
5	3,6	12,4
6	5,45	23,6
7	5,99	26,4

Tab. 2 Wartość SEM w zależności od napięcia zasilającego żarówkę przy stałej odległości żarówki od fotoogniwa

Rys. 3 Wykres przedstawiający zależność SEM od napięcia zasilającego żarówkę

Rys. 4 Wykres przedstawiający zależność SEM od U^2

Wyniki pomiarów i obliczeń wykonanych w części drugiej ćwiczenia:

Dla A=2,5

B	Uwe [mV]	Uwy [mV]		k
1	20	27		1,3500
1,5	64	86		1,3438
2	95	125		1,3158
2,5	125	165		1,3200
3	145	200		1,3793
3,5	175	240		1,3714
4	210	280		1,3333
4,5	240	320		1,3333
5	270	360		1,3333
	kśr	1,3423

Tab. 3 Wartości napięcia na wejściu (U_we) i na wyjściu (U_wy) przy zmiennej wielkości sygnału (B) dla jednego wzmacniacza (A), wzmocnienia (k) i średnie wzmocnienie

Błąd standardowy dla wzmocnienia w tym przypadku wyniósł 0,0072.

Otrzymany wykres przedstawiający zależność napięcia wyjściowego U_wy do napięcia wejściowego U_we:

Współczynnik nachylenia prostej równy jest 1,3365, jak wynika to z równania:

y=1,3365x + 0,7489, więc według wykresu wzmocnienie wynosi 1,3365. Jest to wartość bardzo zbliżona do wyliczonej wartości wzmocnienia, która równa się 1,3423.

Dla B=1

A	Uwe [mV]	Uwy [mV]		k
1	24	25		1,0417
1,5	24	27		1,1250
2	24	29		1,2083
2,5	24	32		1,3333
3	24	35		1,4583
3,5	24	39		1,6250
4	24	44		1,8333
4,5	24	50		2,0833
5	24	58		2,4167
5,5	24	66		2,7500
6	24	80		3,3333

Tab. 4 Wartości napięcia na wejściu (U_we) i na wyjściu (U_wy) dla stałej wartości sygnału (B) dla każdego ze wzmacniaczy (A), wzmocnienia (k)

Wykres przedstawiający zależność wartości wzmocnienia od położenia pokrętła A (dla każdego wzmacniacza):

W części drugiej należało także wyznaczyć wzmocnienie wzmacniacza na podstawie współczynnika nachylenia prostej do osi OX. Współczynnik nachylenia prostej odpowiada wartości tangensa kąta zawartego pomiędzy prostą a osią OX. Odczytano z oscyloskopu wartości dwóch prostych, które wynosiły 2,8 i 1,8. Wyliczono tangens kąta, który równa się 1,5556.

Wnioski:

W części pierwszej ćwiczenia zauważono taką zależność, iż im dalej żarówka znajduje się od fotoogniwa, tym mniej dociera energii świetlnej, którą fotoogniwo mogłoby zamienić na siłę elektromotoryczną. Więc im dłuższą drogę mają do przebycia fotony, tym niższa wartość SEM. Także im mniejsze jest napięcie zasilające żarówkę, a więc żarówka słabiej świeci, tym mniejsza jest wartość SEM wytwarzanej przez fotoogniwo.

W drugiej części ćwiczenia wyznaczano wartość wzmocnienia wzmacniacza. Najpierw dla jednego wzmacniacza zmieniano wielkość sygnału (wartość na wejściu) kręcąc pokrętłem B. Następnie przy stałej wartości sygnału dla B=1 kręcono pokrętłem A, czyli rozpatrywano każdy wzmacniacz z osobna. Wartość napięcia wyjściowego zawsze była większa od wartości napięcia wejściowego. Im większa była wartość wzmacniacza na wejściu, tym większa na wyjściu. Także każdy kolejny wzmacniacz charakteryzował się większą wartością napięcia. Stosunek napięcia na wyjściu do napięcia na wejściu wyniósł średnio 1,3423. I takie jest wzmocnienie dla wzmacniacza o numerze 2,5.

Wzmocnienie wyznaczone na podstawie współczynnika nachylenia prostej wyniosło 1,5556. Jest to zbliżone do wartości 1,3423, ale nie jest identyczne. Mogło to być spowodowane niedokładnym odczytaniem wartości z oscyloskopu potrzebnych do wyliczenia tangensa kąta zawartego pomiędzy prostą a osią OX.