Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2- 3_Аналоговая схемотехника_Лабораторная / Аналог. схемотехника л_р 2. Вар. 3

.doc
Скачиваний:
65
Добавлен:
23.06.2014
Размер:
266.75 Кб
Скачать

Томский межвузовский центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

«Аналоговая схемотехника»

Усилители и преобразователи сигналов на операционных усилителях

Лабораторная работа № 2

Учебное методическое пособие «Аналоговая схемотехника»

авторы А.В. Шарапов, Ю.Н. Тановицкий 2003 г.

Вариант № 3

Выполнил:

студент ТМЦДО

специальности 210106

???

группа – ???

???

г. ???

2010 г

Цель работы: исследовать аналоговые узлы, построенные с использованием операционных усилителей (УПТ, интегратор, ограничители, генератор напряжения прямоугольной и треугольной формы).

Программа работы.

1. Собрать схему неинвертирующего УПТ на идеальном операционном усилителе (рис. 1.1.). На вход каскада подать синусоидальный сигнал амплитудой 0,5 В и частотой 1 кГц. Оценить коэффициент усиления по напряжению и сравнить с расчётным значением. Увеличить амплитуду Uвх до 2 В. Объяснить временную диаграмму выходного напряжения. Снять логарифмическую амплитудно-частотную характеристику и оценить верхнюю рабочую частоту усилителя.

Рис. 1.1.

Рис. 1.2.

Как видно из осциллограммы (рис. 1.2.) при входном напряжении амплитудой 0,5 В на выходе ОУ, амплитуда составляет 7 В. Коэффициент усиления составит 7 / 0,5 = 14.

Для идеального ОУ коэффициент усиления равен.

Увеличим амплитуду до 2 В.

Рис. 1.3.

Рис. 1.4.

Очевидно, максимальное выходное напряжение Uвых max отрицательной полярности будет = –Eк, а максимальное напряжение положительной полярности = +Ек.

Рис. 1.5.

Рис. 1.6.

Верхняя частота усилителя примерно равняется 73,4 ГГц, как видно из (рис. 1.6.).

2. Собрать схему интегратора на идеальном ОУ (рис. 2.1.). Проанализировать осциллограмму Uвых при подаче на вход симметричных разнополярных прямоугольных импульсов с амплитудой 1 В и частотой 500 Гц. Исследовать переходный процесс при подаче на вход интегратора однополярных импульсных сигналов.

Рис. 2.1.

Рис. 2.2.

Как видно из осциллограммы. При достижении Uвх +1 В начинает падать Uвых до спада сигнала -1 В, и вновь возрастает до момента фронта подъёма Uвх + 1 В. Треугольная форма сигнала образуется за счет того что конденсатор заряжается, и разряжается. Переходная характеристика интегратора представляет собой линейно изменяющееся напряжение, идущее с наклоном минус.

Рис. 2.3.

На осциллограмме изображена подача однополярных импульсов, и выход. Как видно выходное напряжение смещается до полной зарядке конденсатора -20 В. Смещение происходит в момент высокого потенциала входного импульса.

3. Проанализировать диаграммы выходных напряжений при подаче синусоидальных сигналов амплитудой 5 В на входы каскадов, изображенных на рис. 2.4 и рис. 2.6. Повторить эксперимент, изменив полярность включения диода (рис. 2.8.) и (рис. 2.10.).

Рис. 2.4.

Рис. 2.5.

Рис. 2.6.

Рис. 2.7.

В исходном состоянии при подаче положительного напряжения на вход (инвертирующий), на выходе должно быть отрицательным, диод открывается и ограничивает выходное напряжение на уровне напряжения диода (0,6 В). В другой схеме при подаче сигнала на (неинвертирующий) вход отрицательного напряжения, на выходе должно быть отрицательным, открывается диод и ограничивает выходное напряжение. Но т. к. сигнал подается на неинвертирующий вход, а диод шунтирует инвертирующий вход с выходом. Получается ОУ с коэффициентом усиления чуть более 1, соответственно при подаче отрицательного напряжения на (Uвх+) на выходе будет равняться Uвх+.

Рис. 2.8.

Рис. 2.9.

Рис. 2.10.

Рис. 2.11.

При изменении полярности диода, при положительном напряжении на выходе открывается диод и ограничивает напряжение на выходе. Повторяется все что происходило до изменении полярности диода, но диод реагирует на противоположные напряжения.

4. Собрать и испытать генератор напряжений треугольной и прямоугольной формы (рис. 4.1.).

Оценить частоту и амплитуду генерируемых колебаний. Сравнить с расчетными значениями. Привести в отчете совмещенные временные диаграммы Uвых1 и Uвых2. Какие устройства собраны на левом и правом операционном усилителе? Почему схема не возбуждается на идеальных операционных усилителях при Uсм = Е1 = 0?

Рис. 4.1.

Рис. 4.2.

Как видно из осциллограммы за время 100 мс у нас прошло 13 импульсов. Один период будет равняться примерно 7,7 мс. Значит за 1 с у нас будет 130 импульсов, и будет равняться 130 Гц. Амплитуда прямоугольных колебаний равняется ±20 В, а треугольных колебаний составляет ±9 В. Расчетным путём определим период генерируемых колебаний.

1 / 0,008 = 125 Гц.

Расчётные данные отличаются от оценочных, т.к. на осциллограмме не полных 13 импульсов.

На левом ОУ собран компаратор (прямоугольные импульсы), а на правом интегратор.

Схема не возбуждается т.к. у идеальных ОУ нет дрейфа нуля. У идеальных ОУ при входе = 0 на выходе = 0. Если собрать на реальных ОУ то схема работоспособна.

Контрольные вопросы:

  1. Каким путём можно уменьшить ошибку сдвига и дрейфа нулевого уровня УПТ за счёт влияния входных токов реального ОУ;

С целью снижения дрейфа нуля в УПТ могут быть использованы следующие способы: применение глубоких ООС, использование термокомпенсирующих элементов. Радикальным средством уменьшения дрейфа УПТ является применение параллельно-балансных каскадов. Подключение едр источника ко входу УПТ компенсирует нестабильность выходного напряжения.

  1. Как оценить верхнюю рабочую частоту на уровне Мв = 3 дБ усилителя постоянного тока, собранного по схеме рис. 1.1.

Снять АЧХ и по графику определить fв на уровне 3 дБ.

Как видно из графика на уровне 3 дБ fв = 325,856 ГГц.

  1. Назовите достоинства и недостатки неинвертирующего УПТ по сравнению с инвертирующим;

Достоинство неинвертирующего УПТ – большое входное сопротивление, недостаток дополнительная погрешность сдвига за счет синфазного сигнала на выходе ОУ.

  1. Какие требования предъявляются к резисторам измерительных усилителей, выполненных на ОУ;

Для повышения точности усилителя в цепи ООС используются прецизионные резисторы с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления. Особостабильные резисторы класса точности 0,1%.

  1. Каким путём устраняется ошибка сдвига напряжения на выходе ОУ?

Подключение едр источника ко входу УПТ компенсирует нестабильность выходного напряжения.

Соседние файлы в папке 2- 3_Аналоговая схемотехника_Лабораторная