Исследование основных схем включения операционного усилителя. Исследование основных схем включения операционного усилителя. Исследование схем суммирования, интегрирования и дифференцирования на операционном усилителе.
 Скачать 0.5 Mb.
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Uвх,В | -10 | -8 | -6 | -4 | -2 | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| Uвых,В при Roc=10кОм | 10 | 8 | 6 | 4 | 2 | 0 | -2 | -4 | -6 | -8 | -10 |
| -14.929 | -14.929 | -11.99 | -7.996 | -3.995 | | 4 | 8 | 12 | 13.937 | 13.937 | |
| Uвых,В при Roc=22кОм | 13,93 | 13,93 | 13,2 | 8,8 | 4,4 | 0 | -4,394 | -8,798 | -13,2 | -14,9 | -14,947 |
| -14.957 | -14.945 | -14.946 | -12.794 | -6.394 | 0 | 6.406 | 12,8 | 13.954 | 13.954 | 13.954 | |
| Uвых,В при Roc=47кОм | 13,995 | 13,758 | 13,951 | 13,964 | 9,4 | 0 | -9,39 | -14,957 | -14,955 | -14,951 | -14,949 |
| -14,965 | -14,964 | -14,964 | -14,964 | -11,94 | 0 | 11,411 | 13,764 | 13,971 | 13,971 | 13,971 |
- Собираем цепь неинвертирующего усилителя, и снова измеряем выходное напряжение UВЫХ при тех же значениях сопротивления отрицательной обратной связи RОС и входного напряжения UВХ согласно таблице 3.5.1. Стоим графики.
График 1: кривые зависимостей UВЫХ(UВХ) при различных сопротивлениях отрицательной обратной связи RОС.
Опыт 3:
-Собираем цепь дифференциального усилителя. Подаем сначала на оба входа одно и тоже напряжение, например, от регулируемого источника постоянного напряжения -13…+13 В. Потенциометр при этом не используется.
- Регулируя синфазное входное напряжение согласно табл. 3.5.2, измеряем значения и строим график выходного напряжения в функции от входного (рис.3.5.10).
- Заменяем в схеме два сопротивления 100 кОм сопротивлениями 10 кОм и подаем на один вход напряжение с потенциометра, а на другой – от регулируемого источника
- Измеряем значения выходного напряжения UВЫХ при различных входных напряжениях UВХ1 и UВХ2, указанных в табл. 3.5.3. Строим графики UВЫХ(UВХ1) при разных значениях UВХ2.
Схема установки:
Схема установки в ПО NI Multisim:
Таблица 3.5.2
| Uвх1=Uвх2 | -13 | -10 | -7 | -4 | -2 | 0 | 2 | 4 | 7 | 10 | 13 |
| Uвых,В | 0,0034 | 0,0035 | 0,0037 | 0,00038 | 0,004 | 0 | 0,004254 | 0,004368 | 0,004539 | 0,00471 | 0,00488 |
Таблица 3.5.3
| Uвх1,В | -6 | -4 | -2 | 0 | 2 | 4 | 6 |
| Uвых,В при Uвх2=-4 В | -2 | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 |
| Uвых,В при Uвх2=0 В | -6 | -4 | -2 | 0 | 2 | 4 | 6 |
| Uвых,В при Uвх2=4 В | -10 | -8 | -6 | -4 | -2 | 0 | 2 |
График 2: выходное напряжение в функции от входного:
График 3: UВЫХ(UВХ1) при разных значениях UВХ2
Исследование схем суммирования, интегрирования и дифференцирования на операционном усилителе.
Задача: Исследовать свойства суммирующего усилителя при постоянных входных напряжениях. Пронаблюдать с помощью осциллографа интегрирование и дифференцирование сигналов различной формы. Снять амплитудно-частотные характеристики интегрирующего и дифференцирующего усилителей. Порядок выполнения экспериментов
Ход работы:
-Собираем цепь суммирующего усилителя.
-Включаем блок генераторов напряжений, мультиметры и устанавиваем напряжение UВХ2 = 2 В.
- Изменяя напряжение UВХ1 от -10 В до +10 В, снимаем зависимость UВЫХ(UВХ1) (таблица 3.7.1) и строим график (рис. 3.7.4).
- Снимаем ту же зависимость при UВХ2 = - 2 В и также строим график.
-Заменяем сопротивление обратной связи 10 кОм сопротивлением 22 кОм и снова снимаем зависимость UВЫХ(UВХ1) при UВХ2 = 2 В и при UВХ2 = - 2 В. На том же рисунке строим графики.
Схема установки:
Схема установки в ПО NI Multisim:
Таблица 3.7.1
График зависимости UВЫХ(UВХ1):
Опыт 2:
Собираем цепь дифференцирующего усилителя (рис. 3.7.7).
Схема установки в ПО NI Multisim:
Ход выполнения:
- Устанавливаем ручку переключателя формы сигнала в положение «», множитель частоты – в положение «×100», ручку-счётчик – в положение 000 (частота 100 кГц), ручкой-регулятором амплитуды поворачиваем в крайнее левое положение и включаем генератор осциллограф и мультиметры.
- Регулятором амплитуды устанавлваем на входе синусоидальное напряжение, и убеждаемся, что происходит дифференцирование входного сигнала (напряжение на выходе опережает входное напряжение на 90 градусов). Переводим переключатель в 2 оставшихся положения и по форме выходного сигнала убедиться, что происходит дифференцирование. (Если наблюдается ограничение вершин выходного сигнала, то уменьшаем входное напряжение).
- Снова подаем на вход синусоидальное напряжение максимальной амплитуды, при которой ещё нет ограничения выходного сигнала и, уменьшая частоту согласно табл.3.7.2, снимаем зависимость выходного напряжения от частоты. При переходе на другой диапазон частот (множитель 10) увеличиваем входное напряжение, но так, чтобы не ограничивался выходной сигнал.
- Вычисляем коэффициент передачи интегрирующего усилителя K = UВЫХ/UВХ и на том же рис. 3.7.7 строим график.
Таблица 3.7.2:
| Дифференцирующий усилитель | |||
| Uвх, мВ | Uвых, В | К | f,кГц |
| 1000 | 0,045744 | 0,045744 | 1 |
| 0,067881 | 0,067881 | 1,5 | |
| 0,088512 | 0,088512 | 2 | |
| 0,135341 | 0,135341 | 3 | |
| 0,180012 | 0,180012 | 4 | |
| 0,224345 | 0,224345 | 5 | |
| 0,259943 | 0,259943 | 6 | |
| 0,305443 | 0,305443 | 7 | |
| 0,345105 | 0,345105 | 8 | |
| 0,393456 | 0,393456 | 9 | |
| 0,435689 | 0,435689 | 10 | |
| 0,664358 | 0,664358 | 15 | |
| 0,907071 | 0,907071 | 20 | |
| 1,8621 | 1,8621 | 30 | |
| 1,4084 | 1,4084 | 40 | |
| 1,1238 | 1,1238 | 50 | |
| 0,947685 | 0,947685 | 60 | |
| 0,816789 | 0,816789 | 70 | |
| 0,714579 | 0,714579 | 80 | |
| 0,614368 | 0,614368 | 90 | |
| 0,555682 | 0,555682 | 100 | |
График зависимости K(f):
Вывод:
Операционный усилитель - прибор с очень большим коэффициентом усиления. Обозначение на схемах бывает разным - в одних случаях он обозначается с выводами питания (рисунок 1), обычной блок-схемой (Рисунок 2) .Однако принято обозначать операционный усилитель без выводов питания. Если они не указаны, значит считается, что операционный усилитель идёт двуполярный.
Рис.1 ОУ с выводами питания. Рис.2 ОУ (блок-схема)
Вход со знаком плюс называют неинвертирующий. Вход со знаком минус -инвертирующий.
Разные операционные усилители служат для разных целей. В данной лабораторной работе мы рассмотрели инвертирующий, неинвертирующий и дифференциальный усилители.
Инвертирующий усилитель - Инвертирует и усиливает/ослабляет напряжение (то есть умножает напряжение на отрицательную константу, определяемую соотношением сопротивлений резисторов).
Неинвертирующий усилитель - Усиливает напряжение.
Дифференциальный усилитель- предназначен для получения разности двух напряжений, при этом каждое из них предварительно умножается на некоторую константу (константы определяются соотношением резисторов)
В современной электронике ОУ в подавляющем большинстве выполнены в монолитном интегральном исполнении, однако существуют ОУ в виде гибридных микросхем. Так как ОУ производят работу с подаваемым сигналом, они нашли широкое применение во всех сферах электротехники.