Контрольные вопросы

1. Как зависит напряжение на выходе операционного усилителя от величины сигналов, поданных на два его входа?

2. Почему схема включения ОУ, изображенная на рис. 4, называется инвертирующей схемой?

3. Чем определяется коэффициент усиления инвертирующего усилителя?

4. Какова роль ключей в схеме цифроаналогового преобразователя?

5. При каких приближениях справедливы формулы (11) и (12) для интегратора и дифференциатора на ОУ?

6. Изобразите примерную временную зависимость выходного напряжения интегратора при подаче на его вход периодической последовательности положительных прямоугольных импульсов.

7. Изобразите примерную временную зависимость выходного напряжения дифференциатора при подаче на его вход периодической последовательности положительных прямоугольных импульсов

8. Почему конденсатор в схеме мультивибратора на ОУ не заряжается до максимального напряжения ?

4.3 Методические указания

3.1. При исследовании схем на ОУ прежде всего необходимо подать питание, которое осуществляется от источника симметричного относительно “земли” напряжения +12В и –12В. Для этого выход +12В источника соединить проводником с линией (+), расположенной в средней части макета, а выход –12В – с линией (–). Кроме того, земляную точку симметричного источника питания (┴) соединить проводником с линией “земля” макета и к этой же точке подключить неинвертирующий вход ОУ. При этом необходимое питание будет подано также и на генератор, собранный на другом ОУ в нижней части платы.

3.2. Собрать схему инвертирующего усилителя, для чего подключить к выходу ОУ резистор R6, а с помощью трех ключей поочерёдно включать в цепь обратной связи R2,R3 и R4.

Подать на вход усилителя сигнал с генератора гармонических колебаний и его регулировками установить частоту 1кГц и амплитуду 1В. Включить осциллографы и подать на них напряжения со входа и выхода схемы. Измерить коэффициенты усиления для различных элементов цепи обратной связи – R2, R3, R4 – и сравнить их с расчетными значениями. Убедиться, что выходной сигнал сдвинут по фазе относительно входного на угол 180 градусов.

Снять частотную характеристику усилителя K(f) при включении R2. Для этого, изменяя частоту входного напряжения при постоянной амплитуде, измерить значения выходного напряжения; занести в таблицу значения частот, амплитуд напряжений на выходе и вычисленных коэффициентов усиления. По полученным данным построить график зависимости коэффициента усиления от частоты входного сигнала (АЧХ). Из графика определить полосу пропускания усилителя.

Снять амплитудную характеристику усилителя при изменении амплитуды входного гармонического сигнала. Пронаблюдать и зарисовать искажения формы сигнала на выходе при больших амплитудах входного сигнала.

3.3. На экспериментальном макете можно собрать схему трехразрядного ЦАП (рис.6). Для этого подать на вход постоянное напряжение с делителя R10, R11, равное +0.5В. Это напряжение будет соответствовать логической единице.

Три перемычки (ключа), каждая из которых замыкает или размыкает -тую входную цепь, позволяют сформировать трехразрядный цифровой сигнал. Возможны комбинаций из замкнутых и разомкнутых ключей, что позволяет получить восемь различных цифровых сигналов.

Для проверки работы ЦАП нужно с помощью перемычек сформировать входные цифровые сигналы и измерить соответствующие им постоянные напряжения на выходе схемы (аналоговый сигнал). Сравнить полученный результат с расчетом по формуле преобразования (10а).

3.4. В работе можно исследовать дифференцирование и интегрирование сигналов от различных генераторов, в том числе и от генератора прямоугольных знакопеременных импульсов – мультивибратора на ОУ, собранного на экспериментальном макете.

Интегрирование сигналов. Недостатком схемы простого интегратора (рис.6) является дрейф выходного напряжения, обусловленный нестабильностью напряжений смещения на входах ОУ. Введение отрицательной обратной связи по постоянному току путем подключения параллельно конденсатору резистора с большим сопротивлением 100 кОм повышает стабильность работы схемы.

При интегрировании прямоугольных импульсов подать на вход схемы сигнал с генератора прямоугольных импульсов.

Зарисовать в одном временном масштабе осциллограммы и при подаче на вход импульсов. Проверить и обсудить результат преобразования.

При интегрировании гармонических сигналов подать на вход схемы сигнал с генератора синусоидальных колебаний. Для двух значений частоты гармонического сигнала, когда соотношение между периодом и постоянной времени цепи обратной связи равны и , измерить с помощью временных меток разность фаз между входным и выходным гармоническими сигналами. Объяснить результат.

Дифференцирование сигналов. Недостатком схемы простого дифференциатора является его склонность к самовозбуждению, поэтому для подавления паразитных колебаний последовательно с конденсатором нужно включить резистор

При дифференцировании прямоугольных импульсов подать на вход схемы сигнал с генератора прямоугольных импульсов.

Зарисовать осциллограммы и . Объяснить качественно полученный результат.

При дифференцировании гармонических сигналов подать на вход схемы сигнал с генератора синусоидальных колебаний. Для двух значений частоты входного сигнала, когда соотношение между периодом и постоянной времени цепи обратной связи равны и, измерить разность фаз между входным и выходным гармоническими сигналами. Объяснить результат.