ZESPÓŁ LABORATORIÓW TELEMATYKI W TRANSPORCIE POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ TRANSPORTU Zakład Telekomunikacji w Transporcie
|
LABORATORIUM ELEKTRONIKI II |
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 8
WZMACNIACZ OPERACYJNY
AUTOR SPRAWOZDANIA: Marek Gębski
SKŁAD ZESPOŁU: Marek Gębski Grzegorz Faliński |
GRUPA TT |
SEMESTR
VI |
Data wykonania ćwiczenia 13.05.2009 |
Data oddania sprawozdania 08.06.2009 |
Pomiary dla wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji komparatora.
U1[V] |
-8,04 |
-0,04 |
8,01 |
|||
U2[V] |
-8,05 |
8,03 |
-0,04 |
0,01 |
-8,04 |
8,04 |
UA[V] |
-12,05 |
14,24 |
-12,09 |
14,27 |
-12,03 |
14,23 |
Tabela 1. Wyniki pomiarów dla wzmacniacza operacyjnego bez dołączonej rezystancji.
Komparacja do góry jest to osiągnięcie przez wyjście układu stanu wysokiego. Z uzyskanych przez nas w czasie ćwiczenia wyników można wywnioskować, że komparacja w górę na wyjściu UA 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 dane z tabeli 1 dochodzimy do wniosków, że komparacja w dół na wyjściu UA zachodzi jeżeli napięcie na wejściu odwracającym U1 jest wyższe niż napięcie na wejściu nieodwracającym U2.
W obu przypadkach badany przez nas układ zadziałał poprawnie, w oczekiwanych konfiguracjach U1 i U2 otrzymywaliśmy stan niski bądź wysoki na wyjściu UA. Jedynie dla komparacji w dół przy U1 = - 0,04 [V] najprawdopodobniej zanotowaliśmy wartość nieprawidłową lub wzmacniacz operacyjny przechodzi w stan niski na wyjściu dla stanu
U1 = U2.
U1 [V] |
-2,05 |
-0,05 |
2,05 |
|||
U2[V] |
-7,32 |
5,05 |
-7,99 |
7,38 |
-1,9 |
6,92 |
UA[V] |
-12,03 |
14,14 |
-12,06 |
14,18 |
-12,03 |
14,16 |
Tabela 2. Wyniki pomiarów dla wzmacniacza operacyjnego z rezystancją R3 = 100 [kΩ].
U1 [V] |
-2 |
-0,08 |
2,08 |
|||
U2[V] |
-5,31 |
0,16 |
-3,03 |
2,86 |
-0,19 |
4,96 |
UA[V] |
-12,02 |
14,14 |
-12,03 |
14,16 |
-12,03 |
14,16 |
Tabela 3. Wyniki pomiarów dla wzmacniacza operacyjnego z rezystancją R3 = 169 [kΩ].
Rezystor R3 powoduje, że zjawisko komparacji zachodzi kiedy różnice napięć między wejściami odwracającym i nieodwracającym różnią się o w rzędzie jedności. Związek między dołączoną rezystancją, a komparacją na wyjściu jest następujący: im dołączona jest większa rezystancja, tym różnica między U1 a U2 jest mniejsza.
Pomiary dla wzmacniacza operacyjnego z ujemnym sprzężeniem zwrotnym, przy
U2 = const. = 0 [V] wg rysunku 2 z instrukcji.
U1 [V] |
-4,69 |
-2,97 |
-1,49 |
-0,02 |
1,84 |
2,85 |
3,88 |
UA [V] |
13,82 |
9,12 |
4,63 |
0,19 |
-5,48 |
-8,51 |
-11,63 |
Tabela 4. R3 = 100 [kΩ].
U1 [V] |
-9,61 |
-6,49 |
-3,31 |
-0,15 |
3,47 |
6,49 |
8,29 |
UA [V] |
13,8 |
9,34 |
4,8 |
0,29 |
-4,87 |
-9,13 |
-11,73 |
Tabela 5. R3 = 47 [kΩ].
U1 [V] |
-12,91 |
-8,41 |
-4,4 |
-0,06 |
4,36 |
8,39 |
13,74 |
UA [V] |
8,71 |
5,69 |
3,01 |
0,1 |
-2,86 |
-5,56 |
-9,14 |
Tabela 6. R3 = 22 [kΩ].
Wykres 1.
Otrzymane przez nas przebiegi nie pozwalają ma wyciągniecie wniosków odnośnie wpływu rezystancji na charakterystykę napięcia wyjściowego w funkcji napięcia wejściowego wzmacniacza operacyjnego. Powodem jest zbyt mały zakres pomiarów, co nie pozwala zaobserwować występującej pętli histerezy.
Na podstawie części liniowej wykresu graficznie określiłem wartość wzmocnienia ku na poziomie:
- dla rezystancji 100 [kΩ], ku = 2,98
- dla rezystancji 47 [kΩ], ku = 1,4
- dla rezystancji 22 [kΩ], ku = 0,66.
Zwiększenie wartości rezystora Rx powoduje wzrost wartości wzmocnienia.
Pomiary dla wzmacniacza skonfigurowanego jako regulator sygnałów sinusoidalnych,
przy U2 = 1,5 [V] i f = 1 [kHz]
Ww |
0/20 |
5/20 |
10/20 |
15/20 |
20/20 |
U1 [V] |
-2,25 |
-1,51 |
0,29 |
1,68 |
2,04 |
UA [V] |
12,19 |
6,85 |
-0,38 |
-6,88 |
-11,5 |
Tabela 7. R2 = 2 x 33 [kΩ].
Ww |
0/20 |
5/20 |
10/20 |
15/20 |
20/20 |
U1 [V] |
-2,25 |
-1,6 |
0,2 |
1,69 |
2,08 |
UA [V] |
13,09 |
7,38 |
0 |
-6,86 |
-11,9 |
Tabela 8. R2 = 2 x 47 [kΩ].
Wykres 2.
Wykres 3.
Uzyskane przebiegi pokazują, że współczynnik wypełnienia nie zależy od wartości dołączonej rezystancji. Pomimo błędnie wykreślonego wykresu 2 i 3 jesteśmy w stanie wyciągnąć takie wnioski. Niestety nie ustaliliśmy przyczyny powstania błędu.
R3 [kΩ] |
22 |
39 |
47 |
69 |
100 |
122 |
|
U1 [V] |
min. |
-13,38 |
-8,44 |
-6,78 |
-4,28 |
-2,8 |
-1,96 |
|
max. |
12,25 |
6,73 |
4,79 |
3,28 |
1,94 |
1,32 |
UA [V] |
max. |
8,84 |
9,82 |
9,48 |
8,75 |
8,15 |
6,87 |
|
min. |
-8,33 |
-7,03 |
-7,03 |
-7,12 |
-6,2 |
-5,26 |
ku min |
|
1,61 |
1,20 |
0,96 |
0,60 |
0,45 |
0,37 |
ku max |
|
1,39 |
0,69 |
0,51 |
0,37 |
0,24 |
0,19 |
Tabela 9. R2 = 2 x 33 [kΩ].
R3 [kΩ] |
22 |
39 |
47 |
69 |
100 |
122 |
|
U1 [V] |
min. |
-13,17 |
-12,12 |
-9,79 |
-6,7 |
-4,1 |
-3,19 |
|
max. |
14,75 |
9,87 |
7,91 |
5,04 |
3,1 |
2,09 |
UA [V] |
max. |
6,12 |
9,98 |
9,66 |
9,69 |
8,47 |
8,03 |
|
min. |
-7,02 |
-8,32 |
-8,03 |
-7,57 |
-6,83 |
-5,71 |
ku min |
|
1,88 |
1,46 |
1,22 |
0,89 |
0,60 |
0,56 |
ku max |
|
2,41 |
0,99 |
0,82 |
0,52 |
0,37 |
0,26 |
Tabela 10. R2 = 2 x 47 [kΩ].
Wykres 4.
Analizując przebieg charakterystyki jesteśmy w stanie stwierdzić, że wraz ze wzrostem rezystancji R3 malej dopuszczalna różnica między napięciem min. i max U1 powodującym zmianę stanu wyjścia wzmacniacza. Podobnie jest w przypadku rezystancji R2, której wpływ możemy określić następująco: wraz ze wzrostem rezystancji R2 amplituda napięcia na wejściu odwracającym maleje.
Wykres 5.
Szerokość pasma pracy zależy od wartości rezystancji wejściowej (im większa rezystancja, tym pasmo jest węższe) oraz od rezystancji wyjściowej (im rezystancja większa, tym pasmo węższe).
Wykres 6.
Wraz ze wzrostem rezystancji wyjściowej wzmocnienie wzmacniacza jest mniejsze. Świadczy to o dążeniu do spełnienia założeń dla idealnego wzmacniacza operacyjnego
(ku → ∞ i Rwy →0).
Wnioski
Częściowo niepoprawnie wykonane ćwiczenie nie pozwala na scharakteryzowanie w pełni wzmacniacza operacyjnego. Poprawnie wykonane części ćwiczenia pozwalają na wyciągniecie wniosków tj.:
- Wpływ rezystancji wyjściowej i wejściowej ma swoje odzwierciedlenie w amplitudzie napięcia wejściowego i wyjściowego.
- Współczynnik wzmocnienia jest uwarunkowany nie tylko od napięcia wejściowego i wyjściowego ale również rezystancji.
- Jako komparator napięcia jest układem o wejściu analogowym i wyjściu cyfrowym, działa na styku elektroniki analogowej i cyfrowej, pełni rolę przetwornika analogowo-cyfrowego.
max R = 33 [kΩ]
max R = 47 [kΩ]
min R = 33 [kΩ]
min R = 47 [kΩ]
ku
R3 [Ω ]
140
120
100
80
60
40
20
0
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
R = 33 [kΩ]
R = 47 [kΩ]
U1 [V]
2,5
2
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
-2
-2,5
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Ww = f(U1)
Ww = f(UA)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-15
-10
-5
0
5
10
15
UA [V]
R = 47 [kΩ]
R = 33 [kΩ]
max R = 33 [kΩ]
max R = 47 [kΩ]
min R = 33 [kΩ]
min R = 47 [kΩ]
UA [V]
R3 [Ω]
140
120
100
80
60
40
20
0
15
10
5
0
-5
-10
UA = f(R3)
min R = 33 [kΩ]
min R = 47 [kΩ]
U1 [V]
R3 [Ω]
140
120
100
80
60
40
20
0
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
U1 = f(R3)
Charakterystyka UA = f(U1) dla różnych wartości rezystancji R
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
U1 [V]
UA [V]
100 [kΩ]
47 [kΩ]
22 [kΩ]
-
ku = f(R3)
max R = 47 [kΩ]
max R = 33 [kΩ]
Wyszukiwarka