Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (тусур)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Дата выполнения работы

Дата проверки

Оценка

ФИО преподавателя

Подпись преподавателя

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

7.1 На рисунке 1 приведена схема неинвертирующего упт на идеальном операционном усилителе.

Рисунок 1

При подаче на вход каскада синусоидального сигнала амплитудой 0.5 В и частотой 1 кГц, с помощью осциллографа были полученные характеристики приведённые на рисунке 2.

Рисунок 2

После анализа полученных характеристик был сделан вывод, что коэффициент усиления составил 11 (амплитуда выходного сигнала 5.5 В)

Расчетный коэффициент усиления

К = (R1+R2)/R2 = (10+1)/1 = 11

Т.е. расчетный и экспериментально установленный коэффициенты совпали.

При подаче на вход каскада синусоидального сигнала амплитудой 0.5 В и частотой 1 кГц, с помощью осциллографа были полученные характеристики приведённые на рисунке 3.

Рисунок 3

После анализа полученных характеристик был сделан вывод, что коэффициент усиления так же составил 11 (амплитуда выходного сигнала 22 В)

Амплитуда выходного сигнала получается в 11 раз больше амплитуды входного сигнала по следующим причинам:

Операционный усилитель стремится свести к нулю разность потенциалов на прямом и инвертирующем входах. Входной сигнал подается на прямой вход. К инвертирующему входу подключен делитель напряжения, входом которого является выход ОУ, а выход подключается к инвертирующему входу. При данном соотношении резисторов напряжение на инвертирующем входе будет в 11 раз меньше, чем напряжение на выходе ОУ. Очевидно, что для того чтобы разность потенциалов на прямом и инвертирующем входе была равна нулю, необходимо чтобы амплитуда сигнала на выходе ОУ, был в 11 раз больше амплитуды сигнала на входе.

По полученной амплитудоно-частотоной характеристике (см. рисунок 4) оценить верхнюю рабочую частоту усилителя оказалось не возможным (во всём частотном диапазоне усиление одинаково). Это объясняется тем, что при моделировании использовались идеальные компоненты.

Рисунок 4

В результате верхняя рабочая частота рассчитывалась для уровня Мв = 3 дБ по формуле:

где, f1 = 1 МГц – частота единичного усиления

7.2 На рисунке 5 приведена схема интегратора на идеальном оу

Рисунок 5

При подаче на вход каскада симметричных разнополярных прямоугольных импульсов амплитудой 1 В и частотой 500 Гц, с помощью осциллографа были полученные характеристики приведённые на рисунке 6.

Рисунок 6

Анализируя осциллограмму, был сделан вывод, что:

• в течении положительного полупериода сигнала на входе операционного усилителя, конденсатор заряжается «отрицательным напряжением» (изначально конденсатор разряжен). Ток зарядки конденсатора формирует операционный усилитель, стремясь уровнять потенциалы на прямом и инверсном входах;

• в течении отрицательного полупериода сигнала на входе операционного усилителя, конденсатор заряжается «положительным напряжением». Ток зарядки конденсатора формирует операционный усилитель, стремясь уровнять потенциалы на прямом и инверсном входах. Поскольку в модели использованы идеальные компоненты, и время положительного и отрицательного полупериодов входного сигнала одинаковы, конденсатор разряжается до нуля (до исходного состояния);

• далее процесс зацикливается;

• в данном задании значение ёмкости конденсатора подобрано таким образом, что амплитуда выходного сигнала составляет 1 В. При других значениях емкости напряжение на выходе либо уменьшается (если конденсатор имеет большую ёмкость), либо увеличивается (если конденсатор имеет меньшую ёмкость).

При подаче на вход каскада симметричных однополярных прямоугольных импульсов амплитудой 1 В и частотой 500 Гц, с помощью осциллографа были полученные характеристики приведённые на рисунке 7.

Рисунок 7

Анализируя осциллограмму был сделан вывод, что:

• в течении положительного полупериода сигнала на входе операционного усилителя, конденсатор заряжается «отрицательным напряжением» (изначально конденсатор разряжен). Ток зарядки конденсатора формирует операционный усилитель, стремясь уровнять потенциалы на прямом и инверсном входах;

• в течении нулевого полупериода сигнала на входе операционного усилителя, потенциалы на прямом и инвертирующем входах одинаковы. В этом случае напряжение на выходе ОУ остаётся неизменным;

• далее процесс зацикливается, т.е. напряжение на выходе уменьшается. На практике минимальное напряжение как правило ограничено, значением отрицательного напряжения питания ОУ.