ЛР1. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
.docxМИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности
Отделение электронной инженерии
12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
по дисциплине
Узлы и элементы биотехнических систем
ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Вариант 10
Выполнил:
Студент группы _____________
Проверил:
Доцент ОЭИ _________________ Д.Н. Огородников
Томск - 2021
Цель работы: Изучение особенностей функционирования базовых схем, выполняемых на основе операционных усилителей (масштабирующие усилители, сумматор аналоговых сигналов), а также получение практических навыков проведения экспериментального исследования.
1. Исследование неинвертирующего усилителя
Предварительный расчет схемы неинвертирующего усилителя в соответствии с заданными значениями параметров в соответствии с вариантом:
KU=20, R2=100 кОм;
KU=1+ ;
R1=
;
R3=
В программе Multisim собрана рассчитанная схема неинвертирующего усилителя.
Рис.1.1. – Схема неинвертирующего усилителя
Снимем сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжения на
частоте 1кГц:
Рис.1.2. – Сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжения
Построим амплитудную характеристику схемы:
Рис.1.3. – Амплитудная характеристика неинвертирующего усилителя
Определим динамический диапазон усиления и коэффициент усиления
на линейном участке:
Динамический диапазон усиления:
DY= ;
Коэффициент усиления на линейном участке:
KU=
Построим амплитудно-частотную характеристику:
Рис.1.4. – АЧХ неинвертирующего усилителя
Для определения полосы пропускания усилителя, необходимо определить частоту, на которой коэффициент усиления будет в √2 раз меньше максимального коэффициента усиления - KUгр = 7,77;
Рис.1.4. – Определение полосы пропускания
Δf=108,02 кГц;
Рассчитаем схему неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления: KU=1; R2=100 кОм;
KU=1+ ;
R1=
R3=
Рис.1.7. – Схема неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления
Снимем сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжений:
Рис.1.8. – Сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжения
Осцилограммы входного и выходного напряжений совпадают.
Реальный коэффициент усиления:
KU=
Погрешность с теоретическим значением составляет менее 1%.
Рис.1.9. – Амплитудная характеристика неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления
Динамический диапазон усиления:
DY=
2. Исследование инвертирующего усилителя
Предварительный расчет схемы инвертирующего усилителя в соответствии с заданными значениями параметров в соответствии с вариантом:
KU=20, R2=100 кОм;
KU= – ;
R1=
R3=
Рис.2.1. – Схема инвертирующего усилителя
Сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжений
Рис.2.2. – Сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжения
Амплитудная характеристика схемы на частоте 1кГц:
Рис.2.3. – Амплитудная характеристика инвертирующего усилителя
Реальный коэффициент усиления схемы:
KU= ;
Снимем и построим зависимость выходного напряжения от нагрузочного сопротивления
Таблица 1–Зависимость выходного напряжения
от нагрузочного сопротивления
R |
100 кОм |
10 кОм |
1 кОм |
390 Ом |
U, В |
12,91 |
12,909 |
12,894 |
11 |
I, мА |
30,2 |
30,2 |
30,2 |
30,4 |
Рис.2.4.– Нагрузочная характеристика инвертирующего усилителя
Rвых=
Rвых ос=
β=
Рассчитаем схему неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления: KU=1; R2=100 кОм;
KU= – ;
R1=
R3=
R
Рис.2.5. – Осциллограммы входного и выходного напряжений
KU= =
3. Исследование сумматора аналоговых сигналов
Расчет инвертирующего сумматора:
KU1=20; KU2=2; R4=100 кОм;
KU1= ; R1=
KU2= ; R2=
+ ;
R3=
Рис.3.1. Схема инвертирующего сумматора
Рис.3.2. Сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжений
Определим экспериментальные значения KU:
Рис.3.3. Определение KU1 на частоте 10 кГц по АЧХ
KU1=19,9;
Сравним теоретическое и экспериментальное значения KU1:
σ= ‧100%=0,5%;
U==
KU2= 1,98/1=1,98
σ= ‧100%=1%;
Uсм=715,013 мкВ;
Вывод: В ходе выполнения лабораторной работы было исследованы неинвертирующий и инвертирующий усилители, изучены их основные параметры и расчет схемы для заданного коэффициента усиления. Также был изучен инвертирующий сумматор, рассчитана его схема в соответствии с заданными весовыми коэффициентами и сняты параметры схемы.
При снятии параметров схемы и ОУ проводилось сравнение с теоретическими значениями, погрешность составляет не более 10%, что говорит о верном расчете схемы и снятии параметров.