實驗(三)運算放大器:比較器電路 通訊三甲 B09422037 邱創駿
實驗電路架構:理想放大器
理想OPA元件可設定之參數值 理想放大器元件沒有Vcc+及Vcc-,元件的預設值為Vcc+=15V、Vcc-=-15V,若需要更改電源Vcc+及Vcc-可點選元件進入設定值VNEG(Vcc-)及VPOS(Vcc+)欄位更改(欄位中為斜線的表示可以依使用者需求做更改)。
更改理想元件對照: 更改前輸出電壓極限可到15V與-15V 更改後輸出電壓極限只可到5V與-5V
PSPICE模擬:理想放大器
PSPICE模擬:理想放大器 輸入Vin為綠色弦波:波峰為+2V而波谷-2V 輸出Vout為紅色方波:波峰為+5V而波谷為-5V
PSPICE模擬:理想放大器 我們將圖形轉成輸入輸出曲線,此時X軸為Vin=V+而Y軸為Vout, 而V-為接地,我們可以看到當V+>V-時,即V+>0時此時Vo電壓就會上升至5V因為這個模擬元件為理想OP所以上升至5V時幾乎不需要時間幾乎是V+>一>0時就立刻上升至5V, 而V+<V-時一樣會立刻下降至-5V。
實驗電路架構:uA741
PSPICE模擬:uA741
PSPICE模擬:uA741 輸入Vin為藍色弦波:波峰為+2V而波谷-2V 輸出Vout為黃色方波:波峰為+4.61V而波谷為-4.61V
PSPICE模擬:uA741 我們將圖形轉成輸入輸出曲線,此時X軸為Vin=V+而Y軸為Vout, 而V-為接地,我們可以看到當V+>V-時,即V+>0時此時Vo電壓就會上升至4.58V而因為實際OP上升時需要時間所以我們會發現V+=303mV時Vo才上升至4.58V而當V+>V-時Vo會下降至-4.58V,此時一樣需要一段時間,所以當V+=-303mV時才下降至-4.58V。
討論 Q:請比較及討論uA741 comparator與 Ideal Comparator輸入輸出轉移曲線 (Transfer function)不同之處。 A:從上圖中可看到2者的轉移曲線,理想的OP電壓上升時直線上升,完全沒有消耗任何時間,但理想OP在電壓上升時需要消耗時間,圖形上升呈現斜直線緩慢上升。
理論分析:比較器動作原理 根據理想OP放大器Vo以及Aod定 義: 、 我們得知 但實際上的OP放大器不可能將Vo放大到+∞及-∞,OP的Vo的極限為Vcc+以及Vcc-的值(理想的情況下)而實際上的OP放大器uA741的Vo更是會降個1~2V。
討論: Q:為何實驗時信號產生器AFG3000需要 設定成2Vpp?而不是4Vpp? A:所有的信號產生器定義為內阻為50Ω,當外接負載為50Ω時,信號產生器輸出的才是儀表上設定的值,根據分壓定理,RL分到電壓只有原來的一半,所以內部電壓為設定值的2倍,但在接上OP放大器時,此時OP放大器的阻抗遠大於50Ω(大約1MΩ)所以此時根據分壓定理我們知道必須將AFG3000的amp設定值調降為一半才能符合這次的實驗設定。
實驗截取圖: 輸入Vin為黃色弦波:波峰為+2V而波谷-2V 輸出Vout為綠色方波:波峰為+4.6V而波谷為-3.2V
實驗截取圖: