2-Лабораторная_Аналоговая схемотехника (Вариант 7) / Документ Microsoft Word

Федеральное Агентство по образованию РФ

Томский Межвузовский Центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Лабораторная работа №2

По дисциплине: «Аналоговая схемотехника»

Тема: «Усилители и преобразователи сигналов на операционных усилителях»

Преподаватель Студент группы

___________ / / __________ / /

___________2009 г. 2009 г.

Томск 2009

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

Ход работы:

1. Собираем схему неинвертирующего УПТ на идеальном операционном усилителе (рис.1.1). На вход каскада подаём синусоидальный сигнал амплитудой 0,5 В и частотой 1 кГц.

Рис.1.1 Неинвертирующий УПТ

Определим коэффициент усиления по рис.1.2, 1.3.:

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3

Экспериментальное значение

расчетное значение

Увеличим амплитуду Uвх до 2 В. И определим коэффициент усиления:

Экспериментальное значение

коэффициент не изменился

Снимем логарифмическую амплитудно-частотную характеристику и оценим верхнюю рабочую частоту усилителя. И наблюдаем что усилитель пропускает все частоты с неизменным коэффициентом усиления.

2. Соберём схему интегратора на идеальном ОУ (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 Интегратор

Проанализируем осциллограмму (рис.2.2.) U_вых при подаче на вход симметричных разнополярных прямоугольных импульсов с амплитудой 1 В и частотой 500 Гц.

Рисунок 2.2 Осциллограмма U_вых

На выходе наблюдаем пилообразное напряжение с такой же амплитудой и частотой, как у входного сигнала.

Исследуем переходный процесс при подаче на вход интегратора однополярных импульсных сигналов.

На выходе наблюдаем линейно изменяющееся напряжение , идущее с наклоном минус U_вх ⁄ τ, где U_вх – амплитуда ступеньки, подаваемой на вход (рис.2.3).

Рисунок 2.3

3. Проанализируем диаграмму выходных напряжений при подаче синусоидальных сигналов амплитудой 5 вольт на входы каскадов, изображенных на рис.3.1 и рис. 3.4. Повторим эксперимент, изменив полярность включения диода.

Рисунок 3.1

На выходе получаем положительное напряжение (рис. 3.2). , где коэффициент передачи: где

(R_ДЗ – сопротивление запертого диода)

и отрицательное напряжение , где коэффициент передачи: (R_ДО – сопротивление открытого диода)

При изменении полярности включения диода на выходе получаем отрицательное напряжение и положительное напряжение (рис. 3.3).

Рисунок 3.2

Рисунок 3.3

Проанализируем диаграмму выходного напряжения при подаче синусоидального сигнала амплитудой 5 В на вход каскада, изображённого на рис. 3.4.

Рисунок 3.4

На выходе получаем положительное напряжение , где и отрицательное напряжение , где (рис. 3.5).

При изменении полярности включения диода на выходе получаем отрицательное напряжение и положительное напряжение (рис. 3.6).

Рисунок 3.5

Рисунок 3.6

4. Соберём и испытаем генератор напряжений треугольной и прямоугольной формы (рис. 4.1)

Рисунок 4.1 Генератор напряжений треугольной и прямоугольной формы

Оценим частоту и амплитуду генерируемых колебаний.

Частота треугольных и прямоугольных импульсов одинакова рис.4.2

f = 1/Т=1/0,000016=62500 Гц

Расчетная частота f = 1/Т=1/0,000016=62500 Гц

где T = 2RC = 2·8000·(1·10^-9) =0,000016 с

Рисунок 4.2

Амплитуда треугольных импульсов: A_m =6.109 В.

Амплитуда прямоугольных импульсов: A_m =11.98 В.

Схема не возбуждается на идеальных операционных усилителях при U_см = Е1 = 0 потому что при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю (у реальных ОУ U_см, приведенное ко входу, находится в пределах от 5 мкВ до 50 мВ).

На правом операционном усилителе собран аналоговый интегратор,

а на левом усилитель постоянного тока.

. Ответы на контрольные вопросы.

1) Ошибку сдвига и дрейфа нулевого уровня УПТ за счет влияния входных токов реального ОУ можно уменьшить путём стабилизации питающих напряжений, применением специальных схем (дифференциальные или балансные усилительные каскады), применением резистора смещения для улучшения температурной стабильности режима.

2) Верхняя рабочая частота на уровне М_в = 3 Дб усилителя постоянного тока определяется соотношением .

3) Достоинство неинвертирующего УПТ – большое входное сопротивление, недостаток по сравнению с инвертирующим – дополнительная погрешность сдвига за счёт синфазного сигнала на входе ОУ.

4) Требования, предъявляемые к резисторам измерительных усилителей, выполненных на ОУ – одинаковый температурный коэффициент сопротивления.

5) Ошибка сдвига напряжения на выходе ОУ устраняется путём балансировки нуля, при комнатной температуре погрешность сдвига можно скорректировать до нуля.