Практикум Ростов-на-Дону дгту 2021 удк
СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Download 0.73 Mb.
|
Методичка с лабами Воржев
- Bu sahifa navigatsiya:
- Лабораторно-практическая работа №17 Усилительные схемы
- Лабораторно-практическая работа №18 Операционные схемы
|
3. СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
В этом разделе изучаются наиболее распространенные схемы на операционных усилителях (ОУ), которые могут быть применены для проектирования самого широкого спектра устройств современной электроники; особое внимание следует обратить на практическое применение представленных схем, а также на их особенности и специфику их использования в зависимости от особенностей входного сигнала (частоты, амплитуды, и т.д.). Лабораторно-практическая работа №17 Усилительные схемы ЦЕЛИ РАБОТЫ Изучить особенности ОУ и их основные параметры. Исследовать усилительные схемы на ОУ; построить их ЛАЧХ. Сделать выводы об особенностях применения исследованных схем. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Операционный усилитель (ОУ) это аналоговая микросхема, предназначенная для усиления и преобразования аналоговых сигналов. Основными особенностями ОУ являются: бесконечно большой коэффициент усиления по напряжению KU (от 105 до 106), бесконечно малое входное (порядка 1 Ом) и бесконечно большое выходное сопротивление (порядка 1 МОм). Болшая величина KU позволяет вводить в схему на ОУ глубокую ООС, наличие которой позволяет установить для данной схемы коэффициент усиления KООС, не зависящий от значения KU и поэтому обладающий высокой стабильностью. У практических схем на ОУ эта величина задается коэффициентом ООС β согласно формуле: Болшое входное сопротивление позволяет считать ОУ устройством, работающим в режиме холостого хода, так что входные токи ОУ можно считать равными нулю. Малое выходное сопротивление позволяет считать ОУ практически источником напряжения, то есть, все напряжение на выходе ОУ прикладывается к нагрузке при любом (физически допустимом) токе, протекающем через ОУ. ОУ имеет два входа: прямой и инверсный. Напряжение на прямом входе всегда совпадает по фазе с выходным напряжением, а напряжение на инверсном всегда противоположно по фазе выходному. Для работы ОУ также требуется двуполярный источник питания. Неинвертирующая схема на ОУ показана на рис. 17.1. В ней делитель напряжения R1, R2 задает ООС, определяющую ее величину KU. Коэффициент усиления схемы рассчитывается по формуле: Неинвертирующая схема неприменима для операций и используется, в основном, в усилительных схемах. Инвертирующая схема на ОУ показана на рис. 17.2. ООС по току в ней задается резисторами R1 и R2, которая определят ее величину KU, определяемую по формуле: Неинвертирующая схема, кроме усилительной, часто применяется для операций с аналоговым сигналом в качетве масштабирующего усилителя, коэффициент усиления которого может быть больше или меньше единицы. Такие усилители применяются, например, в измерительных устройствах, для масштабирования измеренного напряжения. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ Собрать неинвертирующую схему (рис. 17.1) и измерить ее ЛАЧХ во всем звуковом диапазоне для различных величин KU, равных 10; 25 и 50; результаты измерений занести в табл. 17.1. Собрать инвертирующую схему (рис. 17.2) и измерить ее ЛАЧХ во всем звуковом диапазоне для различных величин KU, равных 10; 25 и 50; результаты измерений занести в табл. 17.2. Построить ЛАЧХ для обеих схем в логарифмическом масштабе. Рис. 17.1 Схема для исследования неинвертирующего усилителя Рис. 17.2 Схема для исследования инвертирующего усилителя Напряжение входного сигнала рекомендуется ставить равным 0,1 В.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Исследованные усилительные схемы. 2. ЛАЧХ для всех величин KU неинвертирующей схемы. 3. ЛАЧХ для всех величин KU инвертирующей схемы. 4. Выводы по работе. ВЫВОДЫ 1. Уникальные параметры ОУ позволяют устанавливать в усилителях на их основе значения коэффициентов усиления при помощи параметра β в широком частотном диапазоне. 2. С ростом коэффициента усиления KU ширина частотного диапазона, в которой поддерживается данная величина KU несколько сужается, однако на практике в усилительных схемах редко устанавливаются величины KU, большие 10 – 20. Лабораторно-практическая работа №18 Операционные схемы ЦЕЛИ РАБОТЫ Изучить особенности работы интегрирующей дифференцирующей схем на ОУ. Построить ЛАЧХ для обеих схем в звуковом диапазоне частот. Сделать выводы об особенностях применения исследованных схем. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Операционные схемы на ОУ предназначены для обработки аналоговых сигналов; с их помощью можно производить практически любые математические операции с аналоговыми сигналами, не прибегая к использованию средств цифровой и микропроцессорной техники. Интегрирующая схема на ОУ позволяет получать на выходе сигнал, пропорциональный интегралу от входногно сигнала, то есть: Основным практическим применением такой операции является вычисление среднего значения за некоторый интервал времени Δt, которое, как известно из математического анализа, будет равно: Значит, для отыскания величины UСР следует определить, на какую величину изменилось напряжение на выходе интегратора в период времени Δt и промасштабировать его определенным образом (разделить на величину RCΔt). На выходе дифференцирующей схемы имеется напряжение, пропорциональное производной входного сигнала, то есть: Значит, дифференцирующая схема позволяет определять скорость изменения входного напряжения, что делает возможным создавать на ее основе, например, датчик скорости какой-либо величины по известному закону изменения координаты. Недостатком применения дифференцирующей схемы является ее чусвтвительность к помехам в том случае, когда частота сигнала намного меньше частоты помехи (например, при обработке медленно изменяющегося сигнала на выходе датчика при наличии в нем 50-ти герцовой помехи сети). ЛАЧХ интегрирующей схемы имеет линейный, убывающий характер, поскольку модуль коэффициента усиления этой схемы можно записать следующим образом: Тогда для ЛАЧХ можно записать: При логарифмическом масштабе по оси частот это соответствует линейно убывающей функции. ЛАЧХ дифференцирующей схемы имеет линейный, возрастающий характер, поскольку модуль коэффициента усиления этой схемы можно записать следующим образом: Тогда для ЛАЧХ можно записать: При логарифмическом масштабе по оси частот это соответствует линейно возрастающей функции. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ Собрать интегрирующую схему (рис. 18.1) и измерить ее ЛАЧХ во всем звуковом диапазоне; результаты измерений занести в табл. 18.1. Собрать дифференцирующую схему (рис. 18.2) и измерить ее ЛАЧХ во всем звуковом диапазоне; результаты измерений занести в табл. 18.2. Построить ЛАЧХ для обеих схем в логарифмическом масштабе. Рис. 18.1 Схема для снятия ЛАЧХ интегрирующей схемы Замечание. При снятии ЛАЧХ интегрирующей схемы следует вначале установить входное напряжение UВХ порядка 10 В, а затем, по мере увеличения частоты, снижать величину UВХ так, чтобы на выходе схемы всегда присутствовало напряжение порядка нескольких вольт. Осциллограф необходим для визуалного наблюдения выходного сигнала на случай появления неилнейных искажений. Рис. 18.2 Схема для снятия ЛАЧХ дифференцирующей схемы Замечание. При снятии ЛАЧХ дифференцирующей схемы следует вначале установить входное напряжение UВХ порядка 1 В, а затем, по мере увеличения частоты, повышать величину UВХ так, чтобы на выходе схемы всегда присутствовало напряжение порядка нескольких вольт. Осциллограф также необходим для визуалного наблюдения выходного сигнала на случай появления неилнейных искажений.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Исследованные операционные схемы. 2. ЛАЧХ для интегрирующей схемы. 3. ЛАЧХ для дифференцирующей схемы. 4. Выводы по работе. ВЫВОДЫ ЛАЧХ интегрирующей схемы в начале исследованного частотного диапазона имеет линейно убывающий характер, но, по мере роста частоты, ее характер становится нелинейным вследствие частотных искажений в самой микросхеме ОУ; аналогичные явления происходят и в дифференцирующей схеме. Исследованные в данной работе схемы могут быть применены в устройствах обработки аналоговых сигналов или для аналоговых вычислений. Download 0.73 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||