W pierwszej części wykonanego przez nas ćwiczenia, naszym zadaniem było określenie jakie napięcia U2 powodują komparację napięcia UA 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 (+) - U2, 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 - U1, 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 UA na wyjściu wzmacniacza operacyjnego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym przy stałej wartości napięcia U2 = -2,68 V na wejściu nieodwracającym i podłączonym rezystorem Rx między wejście odwracające oraz wyjście wzmacniacza.
dla RX = 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 RX = 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 RX = 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:
ku = UA/ (U1-U2)
Zależność UA = f(U1) przedstawia poniższy wykres:
Można więc stwierdzić, że zwiększenie wartości rezystora Rx powoduje wzrost wartości wzmocnienia.
W kolejnym kroku badaliśmy zależności między współczynnikiem wypełnienia WW, a napięciem na wejściu odwracającym U1 oraz napięciem na wyjściu wzmacniacza UA 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 WW = f(U1) :
Wykres zależności WW = f(UA) :
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 UA 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 UA 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 U1, a U2 jest mniejsza.
W układzie wzmacniacza operacyjnego ze sprzężeniem zwrotnym i podłączonym rezystorem Rx między wejście odwracające oraz wyjście wzmacniacza wartość wzmocnienia ku wzrasta wraz ze wzrostem wartości rezystora Rx.
Na podstawie wyników badania zależności pomiędzy współczynnikiem wypełnienia WW, a napięciem na wejściu odwracającym U1 oraz napięciem na wyjściu wzmacniacza UA 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 ku= f(R3) można zauważyć, że wartość wzmocnienia ku jest mniejsza wraz ze wzrostem rezystancji wyjściowej. Świadczy to o dążeniu do spełnienia założeń dla idealnego wzmacniacza operacyjnego, dla którego ku → ∞, gdy Rwy →0.