W pierwszej części wykonanego przez nas ćwiczenia, naszym zadaniem było określenie jakie napięcia U₂ powodują komparację napięcia U_A na wyjściu komparatora, dla trzech różnych wartości U₁:

• Bez dołączonej rezystancji, ( z otwarta pętlą ):

U1 [V]	-5,72		-0,02		5,36
U2 [V]	-5,61	-6,29	0,06	-0,31	6,40	5,04
UA [V]	14,44	-12,27	14,44	-12,28	14,44	-12,28
komparacja	↑	↓	↑	↓	↑	↓

Komparacja „do góry” („↑”) oznacza osiągnięcie przez wyjście układu stanu wysokiego. Zjawisko to ma to miejsce, gdy napięcie na wejściu nieodwracającym wzmacniacza operacyjnego (+) - U_2, jest wyższe niż napięcie na wejściu odwracającym (-) - U₁.

Komparacja „do dołu” („↓”) to osiągnięcie na wyjściu układu stanu niskiego. Zachodzi w sytuacji kiedy napięcie na wejściu odwracającym - U_1, jest wyższe niż na wejściu nieodwracającym - U₂.

W zbadanych przypadkach zjawisko komparacji odbyło się zgodnie z zasadami.

• Z rezystancja R₃= 100 [kΩ]

U1 [V]	4,09		0,09		-4,83
U2 [V]	14,22	-0,76	14,26	-4,23	-1,68	-13,03
UA [V]	14,31	-12,15	14,31	-12,15	14,25	-12,15
komparacja	↑	↓	↑	↓	↑	↓

• Z rezystancja R₃= 169 [kΩ]

U1 [V]	4,09		0,06		-4,86
U2 [V]	14,46	1,74	3,47	-4,90	-2,46	-4,30
UA [V]	14,31	-12,15	14,27	-12,15	14,26	-12,15
komparacja	↑	↓	↑	↓	↑	↓

Dołożenie dodatkowych rezystancji spowodowało zwiększenie różnicy pomiędzy napięciami U₂ oraz U₁. Wraz ze wzrostem dołączanych rezystancji maleje różnica między U₁ a U₂.

Kolejnym etapem ćwiczenia było pomierzenie wartości napięcia U₁ przy wejściu odwracającym i napięcia U_A na wyjściu wzmacniacza operacyjnego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym przy stałej wartości napięcia U₂ = -2,68 V na wejściu nieodwracającym i podłączonym rezystorem R_x między wejście odwracające oraz wyjście wzmacniacza.

• dla R_X = 100 [kΩ]:

U1 [V]	-10,26	-7,79	-3,34	0,18	2,28	8,82	15,00
UA [V]	14,3	12,76	-0,73	-11,4	-12,27	-12,26	-12,26
ku	-1,89	-2,50	1,11	-3,99	-2,47	-1,07	-0,69

• dla R_X = 47 [kΩ]:

U1 [V]	-9,95	-3,89	-1,81	-0,01	2,38	7,13	14,99
UA [V]	7,55	-0,98	-3,94	-6,51	-9,94	-12,25	-12,25
ku	-1,04	0,81	-4,53	-2,44	-1,96	-1,25	-0,69

• dla R_X = 22 [kΩ]:

U1 [V]	-9,95	-3,52	-1,60	-0,49	1,23	6,93	14,97
UA [V]	2,20	-2,13	-3,42	-4,16	-5,31	-9,12	12,23
ku	-0,30	2,54	-3,17	-1,90	-1,36	-0,95	-0,69

Wartości wzmocnienia:

k_u = U_A/ (U₁-U₂)

Zależność U_A = f(U₁) przedstawia poniższy wykres:




Można więc stwierdzić, że zwiększenie wartości rezystora R_x powoduje wzrost wartości wzmocnienia.

W kolejnym kroku badaliśmy zależności między współczynnikiem wypełnienia W_W, a napięciem na wejściu odwracającym U₁ oraz napięciem na wyjściu wzmacniacza U_A przy U₂=1,51 V.

• dla R₂ = 2 x 33 [kΩ]

Ww
U1 [V]	1,82	1,59	0,89	-1,07	-1,89	-2,24
UA [V]	6,60	9,68	11,99	12,78	10,24	2,02

• dla R₂ = 2 x 47 [kΩ]

Ww
U1 [V]	1,92	1,64	0,62	-0,40	-1,91	-2,23
UA [V]	5,73	9,26	12,21	12,68	10,06	2,24

Wykres zależności W_W = f(U₁) :




Wykres zależności W_W = f(U_A) :




Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że zmiana rezystancji R₂ nie ma zasadniczego wpływu na zależności w układzie wzmacniacza operacyjnego spełniającego funkcje regulatora sygnałów sinusoidalnych. Widać wyraźnie częściowe nakładanie się na siebie wykresów.

Kolejnym etapem było wykonanie wykresów dopuszczalnych zmian U₁ i U_A w funkcji R₃.

• dla R₂=2 x 33 [kΩ]

R3 [kΩ]		22	39	47	69	100	122
U1 [V]	min	13,06	7,04	5,67	3,39	2,5	1,56
		max	-9,36	-8,81	-7,19	-4,71	-2,93	-2,27
	UA [V]	min	2,45	2,78	2,88	3,31	4,00	4,52
		max	2,16	2,86	3,00	3,44	4,09	4,57

• dla R₂=2 x 47 [kΩ]

R3 [kΩ]		22	39	47	69	100	122
U1 [V]	min	14,97	10,08	8,08	5,05	3,22	2,42
		max	-9,8	-12,76	-10,38	-6,92	-4,48	-3,43
	UA [V]	min	2,25	2,60	2,69	3,05	3,60	4,02
		max	2,00	2,68	2,78	3,14	3,70	4,09

Zakres dopuszczalnych zmian U₁ w funkcji R₃:




Zakres dopuszczalnych zmian U_A w funkcji R₃:




Wykres ku=f(R3):




Wnioski:

• Przeprowadzone przez nas ćwiczenie pozwoliło nam zapoznać się z działaniem wzmacniacza operacyjnego, wzmacniacza operacyjnego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym oraz wzmacniacza jako stabilizatora napięć.

• Istnieje związek między dołączoną rezystancją, a komparacją na wyjściu: im większa dołączona jest rezystancja, tym różnica między U_1, a U₂ jest mniejsza.

• W układzie wzmacniacza operacyjnego ze sprzężeniem zwrotnym i podłączonym rezystorem R_x między wejście odwracające oraz wyjście wzmacniacza wartość wzmocnienia k_u wzrasta wraz ze wzrostem wartości rezystora Rx.

• Na podstawie wyników badania zależności pomiędzy współczynnikiem wypełnienia W_W, a napięciem na wejściu odwracającym U₁ oraz napięciem na wyjściu wzmacniacza U_A można zauważyć, że współczynnik wypełnienia nie zależy od wartości dołączonej rezystancji.

• Analizując przebieg charakterystyki U₁ =f(R₃)można stwierdzić, że wraz ze wzrostem rezystancji R₃ maleje dopuszczalna różnica między napięciem min. i max U₁ powodującym zmianę stanu wyjścia wzmacniacza. W przypadku rezystancji R₂, widać, że wraz z jej wzrostem, amplituda napięcia na wejściu odwracającym maleje.

• Na podstawie charakterystyki k_u= f(R₃) można zauważyć, że wartość wzmocnienia k_u jest mniejsza wraz ze wzrostem rezystancji wyjściowej. Świadczy to o dążeniu do spełnienia założeń dla idealnego wzmacniacza operacyjnego, dla którego k_u → ∞, gdy R_wy →0.