5. Автоматизация проектирования аналоговых схем. Практическое занятие, лабораторная работа № 5

5.1. Пример задания по лабораторной работе № 5

Задание

по лабораторной работе № 5

по курсу "Автоматизация проектирования систем и средств управления"

студенту группы АУ- ............

Тема работы: дифференциальный операционный усилитель в режимах и повторителя и сумматора

1. Собрать схему ДОУ, установив R1=R2=R3=R4=100 кОм, U2=12 В, U1 = 7 В.

Найти U3 и проверить полученное значение расчётом (симметрированная схема).

2. Установить в предыдущей схеме R4=150 кОм. Найти U3 и проверить полученное значение расчётом (несимметрированная схема).

3. Собрать схему ДОУ в режиме неинвертирующего повторителя, установив U2=17 В. Найти U3.

4. Собрать схему ДОУ в режиме неинвертирующего повторителя

с масштабированием, установив R2= 40 кОм, R1= 20 кОм. U2 = 4 В, U1=1 В.

Найти U3 и проверить полученное значение расчётом.

5. Собрать на трёх ДОУ схему инструментального усилителя

установив R1=2 кОм, R2=1 кОм, R3=20 кОм, R4=50 кОм, U2=2 В, U1=1 В.

Найти U3 и проверить полученное значение расчётом. (R6=R4; R5=-R3).

6. Установить в предыдущей схеме подстроечное сопротивление R1=50 кОм, установив исходное значение R1 равным 40% от максимального значения. Изменяя исходное значение R1 c шагом 5%, найти три значения U3 и проверить полученные результаты расчётом.

Для каждой задачи в рабочем окне программы помещать формулы и расчёты, подтверждающие показания вольтметра. Используя текстовое окно, обозначить все напряжения и компоненты схем.

Объектом исследования является дифференциальный операционный усилитель (ДОУ). Он имеет два входа: инвертирующий и неинвертирующий. Название “дифференциальный” имеет значение “разделяющий”, поскольку схема позволяет отделить переменную составляющую входных сигналов от постоянной составляющей одинаковой для обоих входов усилителя.

5.2. Типовые схемы включения дифференциального операционного

усилителя

Рис 5.1.

Для выполнения пунктов 1 – 4 задания рассмотрим типовую схему включения ДОУ

(рис. 5.1, на котором указаны числовые значения параметров, соответствующие

пункту 1 задания), чтобы определить его передаточную функцию. В простейшем случае все сопротивления в схеме представлены резисторами.

Поскольку суммирующие точки A и B являются потенциально заземлёнными, напряжения в этих точках можно считать равными друг другу: .

Применяя принцип суперпозиции, получаем равенство

; Отсюда следует

.

Найдём условие равенства коэффициентов при напряжениях и

.

Разделив обе части равенства на , получаем или .

Полученное соотношение назовём условием симметрирования схемы, при выполнении которого . Поэтому в задании 1 = (12-7) =5.

В задании 2 исследуется несимметрированная схема. В несимметрированной схеме входные сигналы имеют различные коэффициенты передачи. Пусть в предыдущей схеме 150 кОм (рис. 5.2).

Соотношение запишем в виде

;

Для рассматриваемого примера

= В.

Рис. 5.2.

Схема неинвертирующего повторителя приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3.

Его назначение – повторение на выходе входного сигнала, при этом используется способность ДОУ (обладающего большим входным и малым выходным сопротивлениями) служить “развязкой по нагрузке” между звеньями электронной аппаратуры.

В пункте 4 задания исследуется неинвертирующий повторитель с масштабированием. Пусть задано: установить R2 = 20 кОм, R1 = 40 кОм, U2 = 4В, U1 = 1 В. Требуется найти U3 и проверить найденное значение расчётом (рис. 5.4).

Рис. 5.4.

Поскольку суммирующие точки A и B являются потенциально заземлёнными, напряжения в этих точках можно считать равными друг другу.

. Применяя принцип суперпозиции, получаем равенство:

, из которого находим .

; = 4*3 – 1*2 = 12 – 2 = 10.

Схема выполняет масштабирование и вычитание.

Если , то получаем масштабирование без вычитания (рис. 5.5).

Рис. 5.5.