Wydział Fizyki Matematyki i Informatyki Stosowanej		Grupa 12, PEd	29.03.2010
Informatyka I rok	Wzmacniacz operacyjny – zastosowania nieliniowe.	Ćwiczenie 5

Badanie wzmacniacza operacyjnego – komparator napięcia.

Pojawienie się różnicy napięć rzędu ułamka mV między wejściami komparatora wywołuje skokową zmianę poziomu napięcia na wyjściu. Poziom napięcia wyjściowego jest wysoki albo niski, zależnie od znaku różnicy napięć wejściowych: jeżeli napięcie wejściowe podane na końcówkę odwracającą (-) komparatora jest mniejsze od napięcia podawanego na końcówkę nieodwracającą (+), to napięcie wyjściowe przyjmuje poziom wysoki, natomiast jeżeli napięcie wejściowe podane na końcówkę odwracającą (-) komparatora jest większe od napięcia podawanego na końcówkę nieodwracającą (+), to napięcie wyjściowe przyjmuje poziom niski.

Detektor przejścia przez zero.

Dioda Zenera o napięciu charakterystycznym 5V powoduje ograniczenie napięcia wyjściowego do 5V co odpowiada logicznej 1 i ok. 0V co odpowiada logicznemu 0 dla układów TTL. Na wykresie sygnałów we/wy widzimy, że przebieg wyjściowy jest odwrócony względem przebiegu wejściowego, co spowodowane jest zastosowaniem ujemnego sprzężenia. Układ sygnalizuje napięcia niższe od 0V logiczną jedynką, czyli napięciem 5V na wyjściu.

Detektor wartości szczytowej.

Kondensator C1 służy do zapamiętania na dłużej szczytowej wartości napięcia. Szybko się ładuje i dużo wolniej rozładowuje (zgodnie ze stałą czasową). Najmniejsze spadki występują dla fali prostokątnej. Dla dodatniego napięcia na wejściu, napięcie wyjściowe równe jest spadkowi napięcia na rezystorze R1, natomiast dla napięcia ujemnego, napięcie wyjściowe ma przeciwny znak i taką samą wartość napięcia.

Ogranicznik amplitudy.

Dla podanych napięć Uwe (1-3V) charakterystyki statyczne są prostoliniowe, gdyż diody Zenera nie przewodzą, a wzmocnienie ustala stosunek R2/R1, w tym wypadku równy 1. Dopiero gdy napięcie wejściowe jest porównywalne z napięciem Zenera, diody zaczyna przewodzić co powoduje ograniczenie wzmocnienia. W efekcie amplituda wyjściowa będzie ograniczona przez diody Zenera niezależnie od napięcia wejściowego.

Gdy napięcie wejściowe osiąga wartości porównywalne do napięcia Zenera, diody przewodzą ograniczając wzmocnienie, czego efektem jest ograniczenie amplitudy napięcia wyjściowego do napięcia ustalonego przez diody – niezależnie od wartości napięcia wejściowego. Sygnał wyjściowy jest odwrócony w stosunku do wejściowego. Ograniczenie to nie ma wpływu na częstotliwość przebiegu.

Analizując wykresy można zauważyć że napięcie przy którym diody zaczynają przewodzić nie jest

dokładnie równe napięciu Zenera. Jest to spowodowane szeregowym i przeciwstawnym połączeniem tych diód. Dlatego też napięcie to musi przekroczyć napięcie Zenera diody powiększone o spadek napięcia w kierunku przewodzenia drugiej diody.

W przypadku zastosowania diody Zenera i zwykłej diody, w zależności od umiejscowienia diody Zenera sygnał wyjściowy jest ograniczany tylko dla dodatnich (lub ujemnych) półokresów, niezależnie od napięcia wejściowego. Częstotliwość się nie zmienia.