4. Лабораторное задание

Лабораторное задание предусматривает выполнение перечисленных ниже исследований операционного усилителя и схем на его основе. Тип операционного усилителя выбирается из табл. 1, в соответствии с номером варианта.

1. Измерение характеристик операционного усилителя.

2. Исследование масштабных преобразователей.

3. Исследование сумматора напряжений.

4. Исследование интегратора напряжения.

5. Исследование дифференциатора напряжения.

Таблица 1

Номер варианта	1	2	3	4	5	6
Тип ОУ	LM101	LM108	LM124	LM709	LM725	LM741

Отчет должен состоять из следующих разделов:

- название лабораторной работы;

- цель лабораторной работы;

- принципиальная электрическая схема;

- результаты моделирования (показания измерительных приборов);

- результаты расчетов;

- выводы.

5. Методика выполнения лабораторной работы

5.1. Измерение характеристик операционного усилителя.

Характеристики операционного усилителя

Таблица 2

Тип операционного усилителя	LM124AD
Средний входной ток	4.908nA
Разность входных токов	0
Напряжение смещения	9.8*10^-11
Входное сопротивление	92 470 Ом
Выходное сопротивление	50000 Ом
Скорость нарастания выходного напряжения

5.1.1. Измерение входных токов.

Собрать схему, изображенную на рис.5.1. Включить схему.

Измерить входные токи ОУ. Вычислить средний входной ток и разность входных токов по формулам:

,

где I₁ и I₂ соответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов. Результаты занести в табл.2.

Рис.5.1.

5.1.2. Измерение напряжения смещения.

Собрать схему, изображенную на рис.5.2. Включить схему. Измерить напряжение на выходе схемы. Вычислить напряжение смещения по формуле:

=(9.8*10^-9/100), где =100 - коэффициент усиления напряжения на постоянном токе.

Результаты занести в табл.6.

Рис. 5.2.

5.1.3. Измерение входного и выходного сопротивлений.

Собрать схему, изображенную на рис.5.3. Включить схему. Измерить входной ток I_ВХ и выходное напряжение U_ВЫХ. Переключить ключ клавишей [Space]. Измерить входной ток после переключения ключа. Рассчитать изменения входного напряжения и тока. По полученным результатам вычислить дифференциальное входное сопротивление ОУ:

=0.000786 / (8.5 * (10^(-9))) = 92 470.5882

Рис.5.3.

Для определения выходного сопротивления ОУ нужно уменьшать величину сопротивления R_Н до тех пор, пока выходное напряжение не станет равным половине первоначального значения (при =100 k). Полученное при этом значение сопротивления R_Н будет приблизительно равно выходному сопротивлению ОУ. Результаты занести в табл.6.

5.1.4. Скорость нарастания выходного напряжения.

Собрать схему, изображенную на рис.5.4. Установить параметры генератора: форма сигнала – прямоугольная, частота - 5 кГц, скважность - 50 %, амплитуда - 10 В. Включить схему. Измерить время нарастания выходного сигнала t_УСТ, в течении которого выходное напряжение U_ВЫХ операционного усилителя изменяется от 10% до 90% от установившихся значений. Скорость нарастания выходного напряжения вычисляется по формуле:

=8/226 В/нс=35.3 В/мкс.

Результаты занести в табл.6.

Рис.5.4.

5.2. Масштабные преобразователи.

5.2.1. Неинвертирующий усилитель.

Собрать схему, приведенную на рис. 5.5. Установить параметры генератора: форма сигнала – синусоидальная, частота – 1 кГц, амплитуда – 5 мВ.

Рис. 5.5.

Uвх=5мВ ; Uвых=-1.045мВ

Включить схему. Измерить амплитуды входного U_ВХ и выходного U_ВЫХ синусоидальных напряжений. Измерить постоянную составляющую выходного напряжения и разность фаз между входным U_ВХ и выходным U_ВЫХ напряжениями.

!!!!!U_{0 ВЫХ.ИЗМ}=(U_{ВХ.МАКС}+U_{ВЫХ.МИН})/2=(1.045 - 0.513)/2=0.266 мВ

Δφ=φ(U_{ВЫХ.МАКС})-φ(U_{ВЫХ.МИН})=26 мкс

По результатам измерений вычислить коэффициент усиления по напряжению К_У и сравнить со значением, рассчитанным по формуле:

!!!!!!!!!!!К_У=(U_{ВЫХ.МАКС}-U_{0 ВЫХ.ПОСТ})/U_ВХ=(0,592-0,096)/0,005=99

=1+200=201.

Используя значение напряжения смещения U_СМ, полученное в разделе 5.1.2 и расчетное значение коэффициента усиления K_У РАСЧ, вычислить постоянную составляющую выходного напряжения U_{0 ВЫХ} = U_СМ · K_{У РАСЧ} =1.9698×10^-6 В

. Сравнить результаты измерения и расчета.

5.2.2. Инвертирующий усилитель.

Собрать схему, приведенную на рис. 5.6. Произвести исследования, предусмотренные разделом 5.2.1. Расчет коэффициента усиления произвести по формуле:

Рис.5.6.

Включить схему. Измерить амплитуды входного U_ВХ=5 мВ и выходного U_ВЫХ=2,086 мВ синусоидальных напряжений.

U_{0 ВЫХ.ИЗМ}=(U_{ВХ.МАКС}+U_{ВЫХ.МИН})/2=(2,086-3,252)/2=-0.583 мВ

Δφ=φ(U_{ВЫХ.МАКС})-φ(U_{ВЫХ.МИН})=5.65 мкс

К_У=(U_{ВЫХ.МАКС}-U_{0 ВЫХ.ПОСТ})/U_ВХ=(0,592-0,096)/0,005=99!!!!!!!!!

=1+200=201

U_{0 ВЫХ} = U_СМ · K_{У РАСЧ} =1.9698×10^-6 В!!!!!!!!!!!!

5.3. Сумматор напряжений.

Собрать схему, приведенную на рис. 5.7. Включить схему. Записать показания приборов.

По заданным номиналам элементов схемы рассчитать значения токов , ,

и выходного напряжения .

Сравнить результаты измерений и расчетов.

Рис.5.7.

5.4. Интегратор напряжения.

Собрать схему, приведенную на рис. 5.8. Установить следующие параметры генератора: форма сигнала – прямоугольная, скважность – 50%, частота – 100 Гц, амплитуда – 1 В.

Рис.5.8.

Включить схему. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжения схемы. Измерить амплитуду входного напряжения U_ВХ и определить по осциллограмме скорость изменения выходного напряжения на начальном участке переходного процесса. Расчетное значение скорости изменения выходного напряжения вычислить по формуле:

.

Для установившегося процесса измерить амплитуду выходного напряжения.

5.5. Дифференциатор напряжения.

Собрать схему, приведенную на рис. 5.9. Установить следующие параметры генератора: форма сигнала – треугольная, частота – 1 кГц, амплитуда – 5 В.

Включить схему. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжения. По полученным осциллограммам определить скорость изменения входного напряжения и амплитуду выходного напряжения.

Рис.5.9.

По заданным параметрам схемы и найденному значению скорости изменения входного напряжения рассчитать амплитуду выходного напряжения по формуле:

.

Сравнить результаты измерений и расчетов.