Главная страница
Навигация по странице:

  • «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Д.Н. Огородников ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ

  • СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

  • УДК 621.314 ББК 32.847.3

  • ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ЦЕЛЬ РАБОТЫ

  • ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

  • КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

  • ПРИЛОЖЕНИЕ А СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ Микросхема LM 101 A

  • ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

  • ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ. Исследование функциональных преобразователей аналоговых сигналов на основе


    Скачать 0.63 Mb.
    НазваниеИсследование функциональных преобразователей аналоговых сигналов на основе
    АнкорИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
    Дата03.06.2022
    Размер0.63 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаLab.1_used_MultiSim.pdf
    ТипИсследование
    #568063

    МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
    Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
    «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
    ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
    Д.Н. Огородников
    ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
    ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ
    СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ
    ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
    МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
    ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
    Рекомендовано в качестве учебного пособия
    Редакционно-издательским советом
    Томского политехнического университета
    Издательство
    Томского политехнического университета
    2020

    2
    УДК 621.314
    ББК 32.847.3
    О39
    Огородников Д.Н.
    О39
    Исследование функциональных преобразователей аналоговых сигналов на основе операционных усилителей: методические указания к выполнению лабораторной работы /
    Д.Н. Огородников ; Томский политехнический университет. –
    Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2020.
    – 16 с.
    Приведены методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Микроэлектроника», «Узлы и элементы биотехнических систем». Лабораторная работа посвящена применению аналоговых интегральных микросхем и описывает исследование типовых схем включения операционных усилителей.
    Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям
    11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» и 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии», а также студентов других электротехнических направлений.
    УДК 621.314
    ББК 32.847.3
    Рецензенты
    Кандидат технических наук, профессор ТУСУР
    В.Д. Семенов
    Кандидат технических наук, ведущий инженер-конструктор АО «НПЦ «Полюс»,
    В.И. Апасов
    © ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2020
    © Огородников Д.Н., 2020
    © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2020

    3
    ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
    НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
    ЦЕЛЬ РАБОТЫ
    Целью лабораторной работы является изучение особенностей функционирования базовых схем, выполняемых на основе операционных усилителей (масштабирующие усилители, сумматор аналоговых сигналов), а также получение практических навыков проведения экспериментального исследования.
    ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
    1. Ознакомиться с теоретическими сведениями к лабораторной работе и рекомендованной литературой.
    2. Рассчитать схему неинвертирующего усилителя на основе операционного усилителя (ОУ) с коэффициентом усиления K
    U
    , если известно сопротивление в цепи обратной связи R
    2
    = 100 кОм (рис. 1.1).
    Коэффициент усиления K
    U
    выбирается согласно варианту из табл. 1.
    Таблица 1
    Вариант
    1 2
    3 4
    5 6
    7 8
    9 10
    Коэф.усиления 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3. Рассчитать схему неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления, если известно сопротивление в цепи обратной связи R
    2
    = 100 кОм (рис. 1.3, а).
    4. Рассчитать схему инвертирующего усилителя на основе ОУ с коэффициентом усиления K
    U
    (согласно варианту из табл. 1.), если известно сопротивление в цепи обратной связи R
    2
    = 100 кОм (рис. 1.2).
    Коэффициент усиления K
    U
    выбирается
    5. Рассчитать схему инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления, если известно сопротивление в цепи обратной связи R
    2
    = 100 кОм (рис. 1.3, б).
    6. Рассчитать схему (рис. 1.4), суммирующую синусоидальное напряжение U
    вх1
    с весовым коэффициентом K
    U
    (согласно варианту из табл. 1.) и постоянное напряжение U
    вх2
    с весовым коэффициентом 2.
    Сопротивление в цепи обратной связи R
    4
    = 100 кОм.
    ПРОГРАММА РАБОТЫ
    1. Исследование неинвертирующего усилителя.
    1.1. Собрать схему неинвертирующего усилителя на основе ОУ с коэффициентом усиления K
    U
    (рис. 1.1). Источники питания и конденсатор внешней частотной коррекции подключаются как показано на рис. 1.7, Приложение А. Коэффициент усиления K
    U
    выбирается из табл. 1.

    4 1.2. Источником входного сигнала является генератор синусоидального сигнала; установить амплитуду входного сигнала 0,5 В, частоту принять равной 1 кГц. Зарисовать сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжений для частоты, находящейся в полосе пропускания
    (f = 1 кГц).
    1.3. Снять и построить амплитудную характеристику
    U
    вых
    = F(U
    вх
    ) при f = const и определить динамический диапазон усиления D
    у
    , а также коэффициент усиления K
    U
    на её линейном участке.
    1.4. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику
    K
    U
    = F(f) при U
    вх
    = const. Амплитуда входного сигнала 0,5 В.
    Определить полосу пропускания усилителя и частоту единичного усиления ОУ.
    1.5. Собрать схему неинвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления
    (рис.
    1.3,а), проверить работоспособность и определить реальный коэффициент усиления при U
    вх
    = 0,5 В.
    1.6. Снять и построить амплитудную характеристику
    U
    вых
    = F(U
    вх
    ) неинвертирующего усилителя с K
    U
    = 1 при f = 1 кГц и определить его динамический диапазон усиления D
    у
    2. Исследование инвертирующего усилителя.
    2.1. Собрать схему инвертирующего усилителя на основе ОУ с коэффициентом усиления K
    U
    (рис. 1.2).
    2.2. Зарисовать сфазированные осциллограммы входного и выходного напряжений для частоты, находящейся в полосе пропускания.
    2.3. Снять и построить амплитудную характеристику
    U
    вых
    = F(U
    вх
    ) при f = 1 кГц, определить реальный коэффициент усиления K
    U
    2.4. Снять зависимость U
    вых
    = F(R
    н
    ) при U
    вх
    = const и f = const.
    Значения сопротивления нагрузки задавать равными 100кОм,
    10 кОм, 1 кОм, 390 Ом, частоту входного сигнала принять равной
    1 кГц, амплитуда входного сигнала 0,5 В. Построить нагрузочную характеристику – зависимость выходного напряжения от тока нагрузки U
    вых
    = F(I
    н
    ), по характеристике определить выходное сопротивление усилителя, сравнить с теоретическим значением.
    2.5. Собрать схему инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления
    (рис.
    1.3,б).
    Проверить работоспособность и определить реальный коэффициент усиления в рабочей полосе частот.

    5
    Внимание! Цепи питания ОУ не показаны!
    Рис. 1.1
    Рис. 1.2
    Рис. 1.3
    Рис. 1.4
    Рис. 1.5

    6 3. Исследование сумматора аналоговых сигналов.
    3.1. Собрать схему по рис. 1.4, суммирующую напряжение синусоидальной формы U
    вх1
    амплитудой U
    m1
    = 40 мВ, частотой
    f
    1
    = 10 кГцс весовым коэффициентом K
    U
    и постоянное напряжение U
    вх2
    амплитудой U
    m2
    = 1 В и весовым коэффициен- том 2.
    3.2. Зарисовать сфазированные осциллограммы напряжений U
    вх1
    ,
    U
    вх2
    , U
    вых исследуемого сумматора. Определить коэффициенты усиления по каждому каналу.
    2. Экспериментальным путём, определить напряжение смещения исследуемого операционного усилителя. Выходное напряжение усилителя будет равно U
    см в схеме, приведённой на рис. 1.5.
    МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
    Основой функциональных преобразователей, исследуемых в данной работе, является операционный усилитель общего применения с малыми входными токами типа LM101A.
    Электрические параметры и назначение выводов микросхемы этого операционного усилителя приведены в приложении А.
    При расчёте элементов принципиальной схемы функциональных преобразователей, выполняемых на основе операционных усилителей, необходимо соблюдать следующие рекомендации:
    1. Величина сопротивления нагрузки не должна быть меньше, чем минимально допустимое сопротивление нагрузки, указанное в параметрах используемой микросхемы.
    2. Величина сопротивлений, подключаемых к входам операционного усилителя должна быть на порядок меньше, чем собственное входное сопротивление используемого операционного усилителя.
    3. Значение общей величины проводимостей, подключаемых к каждому из входов операционного усилителя должны быть равны между собой.
    При определении реальных коэффициентов усиления и снятии характеристик исследуемых схем можно использовать Курсор.
    КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
    Масштабирующим усилителем называют такой функциональный преобразователь электрических сигналов, который выполняется на основе операционного усилителя и имеет постоянное значение коэффициента усиления по напряжению в достаточно широком диапазоне изменения амплитуды входного сигнала. Масштабирующие усилители, выполняемые на основе ОУ, бывают двух типов: неинвертирующие, в которых выходной сигнал по фазе совпадает с

    7 входным и инвертирующие, в которых выходной сигнал сдвинут по фазе по отношению к входному на 180

    Высокий коэффициент усиления без обратной связи и высокое входное сопротивление операционного усилителя позволяют подать часть выходного сигнала обратно на инвертирующий вход через резистивный делитель напряжения. Такая резистивная цепь обратной связи позволяет задавать с высокой точностью только коэффициенты усиления, много меньшие коэффициента усиления операционного усилителя без обратной связи.
    Принципиальная схема неинвертирующего усилителя изображена на рис. 1.1. Как видно из схемы, данный усилитель охвачен цепью отрицательной обратной связи, коэффициент передачи которой
    1 1
    2
    R
    R
    R
     

    (1.1)
    Входной сигнал U
    вх подается на неинвертирующий вход операционного усилителя.
    Записав значение коэффициента усиления для усилителя, охваченного цепью обратной связи, получаем, что вых вх
    ,
    1
    U
    U
    A
    K
    U
    A


     
    (1.2) где А – коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи для дифференциального сигнала.
    Так как коэффициент усиления А достаточно велик (у микросхемы
    LM101A он составляет 100 000), то второе слагаемое в знаменателе будет значительно больше 1, поэтому единицей пренебрегаем и получаем, что
    1 2
    2 1
    1 1
    1
    U
    R
    R
    R
    A
    K
    A
    R
    R


     
     
     
    (1.3)
    Коэффициент передачи усилителя можно получить, также используя законы Кирхгофа. Действительно, согласно второму закону
    Кирхгофа, запишем систему уравнений: вх
    3
    вх
    1
    вых
    1 2
    ;
    R
    R
    R
    R
    U
    U
    U
    U
    U
    U
    U

     






    (1.4)
    Считают, что если коэффициент усиления самого операционного усилителя очень большой, а амплитуда выходного напряжения ограничена величиной питающего напряжения, то разность потенциалов

    U между входами пренебрежимо мала. Через резистор R
    3
    протекает входной ток ОУ, который также мал, а, следовательно, можно пренебречь

    8 падением напряжения на этом резисторе. Таким образом, из первого уравнения получаем: вх
    1
    R
    U
    U

    Для токов в цепи отрицательной обратной связи, по первому закону
    Кирхгофа, запишем:
    1
    вх ОУ
    2
    R
    R
    I
    I
    I


    , а т.к. входной ток ОУ стремится к нулю, то вых
    1 2
    1 2
    R
    R
    U
    I
    I
    R
    R



    (1.5)
    С другой стороны,
    1
    вх
    1 1
    1
    R
    R
    U
    U
    I
    R
    R


    (1.6)
    Приравняв правые части последних уравнений, получим: вых вх
    1 2
    1
    U
    U
    R
    R
    R


    , тогда вых
    1 2
    2
    вх
    1 1
    1
    U
    U
    R
    R
    R
    K
    U
    R
    R



     
    Из последнего выражения, как и из формулы (1.3) следует, что коэффициент усиления неинвертирующего усилителя, выполненного на основе ОУ, определяется только соотношением резисторов R
    1
    и R
    2
    и не зависит от коэффициента усиления самого операционного усилителя.
    Заметим, что сопротивления R
    1
    и R
    2
    следует выбирать такими, чтобы общий ток нагрузки с учётом этих сопротивлений не превышал максимального выходного тока ОУ.
    Полное входное сопротивление всей схемы оказывается высоким, так как единственным путем для входного тока является высокое входное сопротивление операционного усилителя. Это является преимуществом данной схемы.
    Видно, что для получения коэффициента усиления равного единице
    (неинвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления, рис. 1.3, а), достаточно исключить из схемы сопротивление R
    1
    (т. е. R
    1
    =

    ). В этом случае K
    U
    стремится к единице, т.к. второе слагаемое в формуле (3) стремится к нулю, а в усилителе имеет место 100 % отрицательная обратная связь. Эта схема из-за большого входного сопротивления может служить хорошим буферным усилителем.
    Сопротивления R
    3
    в схемах функциональных преобразователей выполняют функцию выравнивания напряжения сдвига на выходе ОУ, вызванного влиянием входных токов. Равенство величин эквивалентных

    9 сопротивлений по обоим входам ОУ является общим правилом при построении таких устройств.
    Так, например, для схемы неинвертирующего усилителя условие равенства входных проводимостей записывается как
    3 1
    2 1
    1 1
    R
    R
    R


    (1.7)
    Используя это равенство, рассчитывают сопротивление R
    3
    при известных сопротивлениях R
    1
    и R
    2
    , которые определяют коэффициент усиления усилителя.
    Принципиальная схема инвертирующего масштабирующего усилителя приведена на рис. 1.2. Данный усилитель обладает очень важным положительным качеством по сравнению с неинвертирующим, так как имеет близкий к нулю синфазный входной сигнал при любых практически дифференциальных входных сигналах. Отсутствие синфазного входного сигнала позволяет получить в этом усилителе хорошие характеристики преобразования и поэтому ему, в основном, отдают предпочтение при разработке различных электронных устройств.
    В этом усилителе входной сигнал подают на инвертирующий вход через сопротивление R
    1
    . Сопротивление R
    2
    служит для обеспечения сигнала обратной связи, а сопротивление R
    3
    введено в схему для компенсации напряжения сдвига на выходе ОУ, возникающего из-за наличия входных токов операционного усилителя.
    Коэффициент усиления инвертирующего усилителя обычно находят из следующих соображений. Считают, что

    U между входами пренебрежимо мало. И так как неинвертирующий вход находится под потенциалом “земли”, то считают, что и инвертирующий вход находится под этим же потенциалом (виртуально заземлен).
    Учитывая последнее обстоятельство, находят величину входного тока, протекающего через сопротивление R
    1
    , по формуле I
    1
    = U
    вх
    / R
    1
    и величину тока обратной связи, протекающего через сопротивление R
    2
    :
    I
    2
    = U
    вых
    / R
    2
    . Поскольку входной ток операционного усилителя стремится к нулю, то, по первому закону Кирхгофа, уравнение для токов запишется как вх вых
    1 2
    1 2
    0
    U
    U
    I
    I
    R
    R
     


    (1.8)
    Откуда получаем выходное напряжение: вх
    2
    вых
    1
    U
    R
    U
    R



    ,
    (1.9)

    10 а коэффициент усиления инвертирующего усилителя, выполненного на основе ОУ равен: вых
    2
    вх
    1
    U
    U
    R
    K
    U
    R



    (1.10)
    Таким образом, в случае инвертирующей схемы масштабирующего усилителя коэффициент усиления также определяется только соотношением сопротивлений резисторов R
    1
    и R
    2
    Входное сопротивление схемы инвертирующего усилителя практически равно R
    1
    , в силу того, что благодаря обратной связи инвертирующий вход ОУ сохраняет приблизительно нулевой потенциал.
    Сравнительно низкое входное сопротивление является недостатком инвертирующей схемы. Сопротивление R
    1
    должно быть выбрано так, чтобы не нагружать входной источник напряжения, и, естественно, R
    2
    должно быть достаточно большим, чтобы чрезмерно не нагружать операционный усилитель.
    С другой стороны, для увеличения входного сопротивления схемы резистор R
    1
    может быть выбран номиналом 1 МОм и выше (при этом ОУ должен иметь малые входные токи). Сопротивление резистора обратной связи R
    2
    в усилителе с коэффициентом усиления 10 должно быть на порядок выше, чем R
    1
    . Чтобы избежать трудностей, связанных с обеспечением стабильности таких высокоомных сопротивлений, применяют специальные схемы усилителей с
    Т-образным трехполюсником в цепи обратной связи [3].
    Выходное сопротивление схемы не равно выходному сопротивлению самого ОУ, поскольку отрицательная обратная связь снижает выходное сопротивление схемы усилителя. Механизм действия таков. Если предположить, что ток обратной связи пренебрежимо мал, то выходное напряжение равно

    U

    A. Если подключить нагрузку, то выходной ток усилителя, протекающий по сопротивлению нагрузки, вызовет падение на внутреннем выходном сопротивлении усилителя, что приведёт к уменьшению напряжения на выходном выводе усилителя (с коэффициентом деления между R
    вых и R
    н
    ). Это изменение выходного напряжения воздействует на вход ОУ через делитель R
    2
    и R
    1
    таким образом, что

    U увеличивается по модулю. Увеличение

    U приводит к увеличению напряжения на выходе усилителя до того значения, которое было перед включением нагрузки. Поскольку выходное напряжение уменьшается на меньшее значение, чем было предсказано, то в этом случае говорят, что отрицательная обратная связь уменьшает эффективное выходное сопротивление усилителя:

    11 вых вых. ос
    1
    R
    R
    A

     
    (1.11)
    В схеме инвертирующего усилителякоэффициент передачи отрицательной обратной связи

    = R
    1
    /R
    2
    Как видно из выражения (1.10), для того чтобы построить инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления
    (рис. 1.3, б), достаточно выбрать сопротивления резисторов равными:
    R
    1
    = R
    2
    Принципиальная схема инвертирующего сумматора аналоговых сигналов изображена на рис. 1.4. Действие этой схемы в точности соответствует её названию. Инвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму двух напряжений и меняет её знак на обратный.
    Как видно из этой схемы, к инвертирующему входу операционного усилителя через соответствующие резисторы подают входные напряжения, которые следует сложить в определенной пропорции.
    Если входной ток усилителя пренебрежимо мал по сравнению с током обратной связи, то, согласно первому закону Кирхгофа, сумма токов I
    1
    и I
    2
    равна току обратной связи I
    ос
    . Поскольку коэффициент усиления без обратной связи достаточно велик, так что

    U

    0, получим: вх1
    вх2
    вых
    1 2
    ос
    1 2
    4
    ,
    ,
    U
    U
    U
    I
    I
    I
    R
    R
    R




    ,
    (1.12) откуда вх1
    вх2
    вых
    1 2
    4
    U
    U
    U
    R
    R
    R



    Решая последнее уравнение относительно U
    вых
    , получаем
    4 4
    вых вх1
    вх2 1
    2
    R
    R
    U
    U
    U
    R
    R

     

     
     

     


     

    (1.13)
    Для каждого из входных сигналов такая схема представляет инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления (передачи), определяемым соотношением сопротивления R
    4
    , находящегося в цепи обратной связи, и сопротивления, через которое поступает соответствующий входной сигнал, т. е. для U
    вх1
    :
    1 4
    1
    U
    R
    K
    R


    , а для U
    вх2
    :
    2 4
    2
    U
    R
    K
    R


    (1.14)
    Эти частные коэффициенты усиления в схемах сумматоров называют весовыми коэффициентами. Следовательно, величина выходного напряжения такого сумматора равна инвертируемой сумме

    12 входных напряжений, взятых с соответствующими весовыми коэффициентами.
    Сопротивление R
    3
    в исследуемой схеме выполняет ту же функцию, что и в схеме инвертирующего усилителя (см. рис. 1.2). Оно определяется из условия:
    3 1
    2 4
    1 1
    1 1
    R
    R
    R
    R



    (1.15)
    Описанная суммирующая схема может работать как при постоянных, так и при переменных входных напряжениях.
    Замечание. Сопротивление в цепи обратной связи выбирается таким образом, чтобы ток обратной связи был много больше тока смещения операционного усилителя и в тоже время не превышал значений, которые усилитель мог бы обеспечить вместе с необходимым током нагрузки. Для большинства операционных усилителей диапазон возможных значений сопротивления обратной связи достаточно широк.
    СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
    Отчёт по лабораторной работе оформляется в виде отдельных разделов по каждому исследуемому функциональному преобразователю.
    При этом каждый из разделов должен содержать следующие сведения:
    1. Принципиальную схему функционального преобразователя.
    2. Предварительные расчёты элементов схемы.
    3. Рисунки осциллограмм напряжений в заданных точках схемы.
    4. Таблицы экспериментальных данных.
    5. Зависимости, построенные на основе экспериментальных данных.
    6. Выводы о параметрах исследуемых функциональных преобразователей в сравнении с теоретически рассчитанными.
    КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
    1. Что включает понятие идеального усилителя? Почему операционный усилитель называют операционным?
    2. Что представляет собой операционный усилитель (структурная схема), какими основными параметрами он обладает, как изображается на принципиальной схеме?
    3. Почему при анализе линейных схем, построенных на базе операционного усилителя, напряжение между входами ОУ можно считать равным нулю?
    4. Изобразите схему неинвертирующего усилителя на базе ОУ.
    Приведите сфазированные диаграммы входного и выходного

    13 напряжений. Получите аналитическое выражение для расчёта коэффициента усиления.
    5. Изобразите схему инвертирующего усилителя на базе ОУ.
    Приведите сфазированные диаграммы входного и выходного напряжений.
    Получите аналитическое выражение для расчёта коэффициента усиления.
    6. Как выбираются резисторы цепи обратной связи неинвертирующего усилителя? Чем ограничивается минимальное и максимальное сопротивление резисторов?
    7. Чему равно входное сопротивление неинвертирующего усилителя на базе ОУ? Инвертирующего?
    8. Получите аналитическое выражение для расчёта выходного напряжения инвертирующего сумматора аналоговых сигналов на два входа. На три входа?
    9. Изобразите схему повторителя напряжения. Почему эта схема используется в качестве буферного усилителя?
    10. Как рассчитываются весовые коэффициенты в сумматоре аналоговых сигналов? Приведите сфазированные осциллограммы напряжений, поясняющие принцип действия инвертирующего сумматора.
    11. Для чего ставится и как рассчитывается сопротивление резистора R
    3
    в схемах исследуемых функциональных преобразователей?
    12. Изобразите с пояснениями амплитудную характеристику усилителя с коэффициентом усиления, равным 1. То же, равным 7.
    13. Как определяется динамический диапазон усиления усилителя, в каких величинах он измеряется?
    14. Постройте АЧХ усилителя на ОУ. Определите полосу пропускания. Объясните смысл понятия: частота единичного усиления.
    15. Постройте нагрузочную характеристику усилителя на ОУ. Как по ней определить выходное сопротивление усилителя?
    16. Предложите схему инвертирующего усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Определите диапазон возможного изменения выходного напряжения. То же для неинвертирующего.
    17. Изобразите и поясните схему, реализующую функцию: а) F = 2

    U
    1
    ; б) F = – 4

    U
    1
    ; в) F = – 3

    U
    1
    – 10

    U
    2
    ; г) F = U
    1
    +5

    U
    2 18. Дайте определение напряжения сдвига, нарисуйте схему для его определения. Найдите теоретическое значение напряжения сдвига исследуемого ОУ (данные операционного усилителя приведены в приложении А).
    19. Изобразите схему для определения токов смещения операционного усилителя и поясните её принцип действия.

    14
    ЛИТЕРАТУРА
    1. Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и ли- нейных ИС ; пер. с англ. / Л. Фолкенберри. – Москва : Мир, 1985.– 572 с.
    2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств / Г.И. Волович. – Москва : Издательский дом
    «Додэка-XXI», 2005. – 528 с.
    3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах / В.С. Гутников.– Ленинград : Энергия. Ленингр. отд-ние,
    1980.– 248 с.
    4. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие ; под ред. С.В. Якубовского – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва
    : Радио и связь, 1985. – 432 с.
    ПРИЛОЖЕНИЕ А
    СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ
    Микросхема LM101A
    Рис. 1.6. Назначение выводов микросхемы

    15
    Рис. 1.7. Подключение
    источников питания и
    конденсатора частотной
    коррекции
    Электрические параметры микросхемы LM101A
    1. Напряжение источника питания U
    пит от

    5 до

    20 В
    2. Номинальное напряжение источника питания

    15 В
    3. Потребляемый ток от источника питания
    1,8 мА
    4. Коэффициент усиления диф. сигнала, не менее
    100 000 5. Напряжение смещения U
    см
    0,7 мВ
    6. Входной ток I
    вх
    25 нА
    7. Разность входных токов

    I
    вх
    1,5 нА
    8. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
    96 Дб
    9. Частота единичного усиления f
    1 1 МГц
    10. Максимальная амплитуда выходного напряжения

    13 В
    11. Скорость нарастания выходного напряжения V
    U
    0,5 В/мкС
    12. Входное сопротивление R
    вх
    4 МОм
    13. Выходное сопротивление R
    вых
    75 Ом
    14. Выходной ток короткого замыкания I
    вых
    30 мА
    15. Диапазон входного синфазного напряжения

    15 В

    16
    Учебное издание
    ОГОРОДНИКОВ Дмитрий Николаевич
    ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
    ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
    НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
    МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
    К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
    Учебное пособие
    Корректура Е.Л. Тен
    Компьютерная верстка Д.В. Сотникова
    Дизайн обложки Т.В. Буланова
    Подписано к печати 00.00.2020. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
    Печать CANON. Усл.печ.л. 0,93. Уч.-изд.л. 0,84.
    Заказ 000-20. Тираж 100 экз.


    написать администратору сайта