Лабораторная работа №11
Цели и задачи работы
Цель работы: исследовать применение операционного усилителя к созданию различных электронных схем.
Задачи работы:
1. смоделировать схему дифференциального усилителя;
исследовать зависимость Кус от U1 (1, 2, 3, 4, 5 Ом), U2 (1, 2, 3, 4, 5 Ом) и U1- U2;
3. смоделировать схему сумматора;
4. исследовать зависимость Кус от V1+ V2. (-5, -3, -1, 1, 3, 5 В каждое напряжение);
5. смоделировать схему интегратора;
6. определить форму сигнала на выходе и коэффициент усиления для различных форм входных сигналов для различных частот (5, 100, 500, 1000, 5000 кГц) при амплитуде 10 мВ;
7. подобрать оптимальную величину емкости конденсатора (микро, нано и пико фарад);
8. оценить качество выходного сигнала;
9. смоделировать схему дифференциатора;
10. определить форму сигнала на выходе и коэффициент усиления для различных форм входных сигналов для различных частот(5, 100, 500, 1000, 5000 кГц) при амплитуде 10 мВ;
11. подобрать оптимальную величину емкости конденсатора (микро, нано и пико фарад);
12.оценить качество выходного сигнала;
13. смоделировать схему логарифматора;
14. доказать, что приведенная схема соответствует логарифмической функции по коэффициенту усиления;
15. смоделировать схему релаксационного генератора;
16. определить амплитуду и период на выходе генератора при различных величинах емкости конденсатора;
17. Указать способ управления выходом генератора;
18. смоделировать схему активного фильтра низкой частоты;
19. определить его АЧХ и ФЧХ;
1 Модели схем
Дифференциальный усилитель.
Сумматор.
Интегратор
Дифференциатор.
Логарифматор.
Релаксационный генератор.
\
Активный ФНЧ.
Экспериментальные данные для дифференциального усилителя
U1\U2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
Экспериментальные данные для сумматора
U1\ U2 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
-3 |
-6 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
-2 |
-5 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
-1 |
-4 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
1 |
-2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
2 |
-1 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
3 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Экспериментальные данные для интегратора
f, кГц |
Uвх, мВ |
Uвых, мВ |
Kус |
5 |
19,88 |
2,500 |
0,1258 |
100 |
19,79 |
0,120 |
0,0061 |
500 |
19,87 |
0,025 |
0,0013 |
1000 |
19,87 |
0,012 |
0,0006 |
5000 |
19,87 |
0,002 |
0,0001 |
Зависимость Кус от частоты сигнала, при С=0.5 мкФ.
Осциллограмма для интегратора, с заданной прямоугольной формой сигнала.
Экспериментальные данные для дифференциатора:
f, КГц |
А, мВ |
В, мВ |
Кус |
5 |
9,98 |
13,23 |
1,326 |
100 |
9,93 |
24,48 |
2,465 |
500 |
9,94 |
24,80 |
2,495 |
1000 |
9,94 |
24,83 |
2,498 |
5000 |
9,94 |
24,84 |
2,499 |
Осциллограмма для дифференциатора, с заданной треугольной формой сигнала.
Экспериментальные данные для логарифматора:
Uвх, В |
Uвых, В |
Kус |
0,01 |
1,199 |
119,9 |
0,05 |
1,27 |
25,4 |
0,1 |
1,301 |
13,01 |
0,5 |
1,372 |
2,744 |
1 |
1,402 |
1,402 |
5 |
1,475 |
0,295 |
10 |
1,507 |
0,1507 |
50 |
1,595 |
0,0319 |
100 |
1,646 |
0,01646 |
500 |
1,885 |
0,00377 |
1000 |
2,126 |
0,002126 |
5000 |
3,876 |
0,000775 |
10000 |
6,007 |
0,000601 |
Экспериментальные данные для релаксационного генератора:
С,пФ |
Т, мкс |
Амплитуда |
10 |
1,56 |
19,99 |
50 |
5,73 |
19,99 |
100 |
11,19 |
19,99 |
200 |
22,39 |
19,99 |
500 |
54,50 |
19,99 |
1000 |
108,48 |
19,99 |
АЧХ активного фильтра низкой частоты, полученная с Bode Plotter.
ФЧХ активного фильтра низкой частоты, полученная с Bode Plotter.
Выводы
В
данной лабораторной работе мы
исследовали
применение операционного усилителя к
созданию различных электронных схем.
В ходе работы мы смоделировали схемы
дифференциального усилителя, сумматора,
интегратора, дифференциатора,
логарифматора, релаксационного
генератора, активного фильтра низких
частот. Исследовали различные зависимости
и формы сигналов для них. Убедились, что
дифференциальный усилитель является
электронным усилителем с двумя входами,
выходной сигнал которого равен разности
входных напряжений, умноженной на
константу(в нашем случае, исходя из
полученных данных, константа равна 1).
Сумматор – это устройство, преобразующее
информационные сигналы в сигнал,
эквивалентный сумме этих сигналов
(выходной сигнал равен сумме входных
сигналов). Аналоговый интегратор -
устройство, выходной сигнал которого
пропорционален интегралу от входного
сигнала (отчетливо это показывает
осциллограмма для интегратора).
Дифференциатор – устройство, в котором
зависимость между входной и выходной
величиной можно представить в виде
формулы
, т.е. через дифференциал входной величины,
умноженный на коэффициент передачи.
Логарифматор – это устройство, в котором
зависимость выходной величины от входной
по логарифмическому закону (для реализации
логарифмирования используются
естественная экспоненциальная
вольтамперная характеристика диода и
возможность получения обратной
зависимости при помощи усилителя с
глубокой отрицательной обратной связью).
Релаксационный генератор – устройство
в котором активный элемент работает в
ключевом режиме — включён/выключен. Из
экспериментальных данных выяснили, что
амплитуда выходного сигнала не зависит
от емкости конденсатора. Активный фильтр
низких частот – это аналоговый электронный
фильтр, содержащий операционный
усилитель. Такой фильтр ослабляет
амплитуды гармонических составляющих
сигнала выше частоты среза (что видно
из АЧХ активного фильтра низкой частоты).