Исследование схем включения операционного усилителя. Лабораторная работа 2. Лабораторная работа 2 Исследование схем включения операционного усилителя студент гр. П322 Молоканов А. А проверил доцент

Название	Лабораторная работа 2 Исследование схем включения операционного усилителя студент гр. П322 Молоканов А. А проверил доцент
Анкор	Исследование схем включения операционного усилителя
Дата	30.06.2021
Размер	394.97 Kb.
Формат файла
Имя файла	Лабораторная работа 2.docx
Тип	Лабораторная работа #222671

Министерство образования Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ИИТ

Лабораторная работа №2
Исследование схем включения операционного усилителя

Выполнил: студент гр. П-322

Молоканов А.А

Проверил: доцент

Мукаев Роберт Юнусович

Уфа 2021

Цель работы: Исследование основных схем включения операционного усилителя, используемых в качестве масштабирующих преобразователей.

Ход работы:

1. Проводим моделирование инвертирующего усилителя. Схема содержит идеальный ОУ, источник постоянного напряжения и мультиметр.

Схемы с идеальным ОУ

Изменение R1 (R3=const, Uвх=const):

Схемы с ОУ LM741, серийного производства.

Изменение R1 (R3=const, Uвх=const):

R1, Ом	1 кОм	1,5 кОм	1,8 кОм	2 кОм	3 кОм	4 кОм	5 кОм
Uвых1, В	-10 mV	-6,6 mV	-5,5 mV	-5 mV	-3,3 mV	-2,5 mV	2 mV
Uвых2, В	-8,1 mV	-5,08 mV	-4,07 mV	-3,5 mV	-2,05 mV	-1,3 mV	-838 mkV

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R1 для идеального ОУ.

R1	Ku=Uвых/Uвх	Ku=-R3/R1
R1=1 кОм	Ku1=-1	Ku=-1
R1=1,5 кОм	Ku1=-0,66	Ku=-0,67
R1=1,8 кОм	Ku1=-0,55	Ku=-0,56
R1=2 кОм	Ku1=-0,5	Ku=-0,5
R1=3 кОм	Ku1=-0,33	Ku=-0,33
R1=4 кОм	Ku1=-0,25	Ku=-0,25
R1=5 кОм	Ku1= 0,2	Ku=-0,2

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R1 для ОУ серийного производства.

R1	Ku=Uвых/Uвх	Ku=-R3/R1
R1=1 кОм	Ku1=-0,81	Ku=-1
R1=1,5 кОм	Ku1=-0,508	Ku=-0,67
R1=1,8 кОм	Ku1=-0,407	Ku=-0,56
R1=2 кОм	Ku1=-0,35	Ku=-0,5
R1=3 кОм	Ku1=-0,205	Ku=-0,33
R1=4 кОм	Ku1=-0,13	Ku=-0,25
R1=5 кОм	Ku1=-0,08	Ku=-0,2

При увеличении сопротивления R1, коэффициент усиления уменьшается. Как мы видим, полученные опытным путем для серийно выпускаемых ОУ, коэффициенты усиления, расходятся с теоретическими. Это связано с тем, что теоретический способ применим больше к идеальному операционному усилителю, так как их значения совпали.

Схемы с идеальным ОУ

Изменение R3 (R1=const, Uвх=const):

Схемы с ОУ LM741, серийного производства.

Изменение R3 (R1=const, Uвх=const):

R3, Ом	0,3 кОм	0,6 кОм	0,8 кОм	1 кОм	1,5 кОм	1,8 кОм	2 кОм
Uвых1, В	-3 mV	-6 mV	-8 mV	-10 mV	-15 mV	-18 mV	-20 mV
Uвых2, В	-1,79 mV	-4,5 mV	-6,3 mV	-8,1 mV	-12,62 mV	-15,3 mV	-17,13 mV

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R3 для идеального ОУ.

R3	Ku=Uвых/Uвх	Ku=-R3/R1
R3=0,3 кОм	Ku1=-0,3	Ku1=-0,3
R3=0,6 кОм	Ku1=-0,6	Ku1=-0,6
R3=0,8 кОм	Ku1=-0,8	Ku1=-0,8
R3=1 кОм	Ku1=-1	Ku1=-1
R3=1,5 кОм	Ku1=-1,5	Ku1=-1,5
R3=1,8 кОм	Ku1=-1,8	Ku1=-1,8
R3=2 кОм	Ku1=-2	Ku1=-2

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R3 для ОУ серийного производства.

R3	Ku=Uвых/Uвх	Ku=-R3/R1
R3=0,3 кОм	Ku1=-0,179	Ku1=-0,3
R3=0,6 кОм	Ku1=-0,45	Ku1=-0,6
R3=0,8 кОм	Ku1=-0,63	Ku1=-0,8
R3=1 кОм	Ku1=-0,81	Ku1=-1
R3=1,5 кОм	Ku1=-1,262	Ku1=-1,5
R3=1,8 кОм	Ku1=-1,53	Ku1=-1,8
R3=2 кОм	Ku1=-1,713	Ku1=-2

При увеличении сопротивления R3, коэффициент усиления увеличивается.

Как мы видим, полученные опытным путем для серийно выпускаемых ОУ, коэффициенты усиления, расходятся с теоретическими. Это связано с тем, что теоретический способ применим больше к идеальному операционному усилителю, так как их значения совпали.

2. Исследуем зависимость выходного напряжения от входного напряжения схемы инвертирующего усилителя. При анализе используем идеальный ОУ и серийно выпускаемую микросхему ОУ.

Uвх	10	6	2	-2	-6	-10
Uвых1	-10	-6	-2	2	6	10
Uвых2	-8,1 mV	-4,1 mV	-110 mkV	3,9 mV	7,9 mV	11,9 mV

Передаточная функция идеального ОУ:

Передаточная функция ОУ LM741

Из рисунка видно, что даже при малой величине входного напряжения на выходе ОУ появляется сигнал практически соответствующий напряжению питания. Это объясняется значительным коэффициентом усиления ОУ. На рисунке также поясняется смысл напряжения смещения нуля ОУ, приводящего к возникновению выходного сигнала ОУ даже при отсутствии на его входах информационного сигнала.

3. Проводим анализ неинвертирующей схемы усиления.

Аналогично, пункту 1, данной лабораторной работы, путем изменения R1 вычисляем коэффициенты усиления. Данные заносим в таблицы.

R1, Ом	1 кОм	1,5 кОм	1,8 кОм	2 кОм	3 кОм	4 кОм	5 кОм
Uвых1, мВ	-20	-16,6	-15,56	-15	-13,33	-12,5	-12
Uвых2, мВ	-17,9	-14,9	-13,9	-13,4	-11,9	-11,1	-10,7

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R1 для идеального ОУ.

R1	Ku=Uвых/Uвх	Ku=1+R3/R1
R1=1 кОм	Ku1=-2	Ku=2
R1=1,5 кОм	Ku1=-1,66	Ku=1,67
R1=1,8 кОм	Ku1=-1, 55	Ku=1,56
R1=2 кОм	Ku1=-1,5	Ku=1,5
R1=3 кОм	Ku1=-1,3	Ku=1,3
R1=4 кОм	Ku1=-1,25	Ku=1,25
R1=5 кОм	Ku1=-1,2	Ku=1,2

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R1 для ОУ LM 741.

R1	Ku=Uвых/Uвх	Ku=1+R3/R1
R1=1 кОм	Ku1=-1,79	Ku=2
R1=1,5 кОм	Ku1=-1,49	Ku=1,67
R1=1,8 кОм	Ku1=-1,39	Ku=1,56
R1=2 кОм	Ku1=-1,34	Ku=1,5
R1=3 кОм	Ku1=-1,19	Ku=1,3
R1=4 кОм	Ku1=-1,11	Ku=1,25
R1=5 кОм	Ku1=-1,07	Ku=1,2

При увеличении сопротивления R1, коэффициент усиления уменьшается. Полученные опытным путем для серийно выпускаемых ОУ, коэффициенты усиления, расходятся с теоретическими. Это связано с тем, что теоретический способ применим больше к идеальному операционному усилителю, так как их значения совпали.

Путем изменения R3 вычисляем коэффициенты усиления. Данные заносим в таблицы.

R3, Ом	0,3 кОм	0,6 кОм	0,8 кОм	1 кОм	1,5 кОм	1,8 кОм	2 кОм
Uвых1, мВ	-13	-16	-18	-20	-25	-28	-30
Uвых2, мВ	-11,6	-14,36	-16,6	-17,9	-22,4	-25	-26,8

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R3 для идеального ОУ.

R3	Ku=Uвых/Uвх	Ku=1+R3/R1
R3=0,3 кОм	Ku1=-1,3	Ku=1,3
R3=0,6 кОм	Ku1=-1,6	Ku=1,6
R3=0,8 кОм	Ku1=-1,8	Ku=1,8
R3=1 кОм	Ku1=-2	Ku=2
R3=1,5 кОм	Ku1=-2,5	Ku=2,5
R3=1,8 кОм	Ku1=-2,8	Ku=2,8
R3=2 кОм	Ku1=-3	Ku=3

Определяем зависимость коэффициента усиления схемы от изменения R3 для ОУ серийного производства.

R3	Ku=Uвых/Uвх	Ku=1+R3/R1
R3=0,3 кОм	Ku1=-1,16	Ku=1,3
R3=0,6 кОм	Ku1=-1,4	Ku=1,6
R3=0,8 кОм	Ku1=-1,66	Ku=1,8
R3=1 кОм	Ku1=-1,79	Ku=2
R3=1,5 кОм	Ku1=-2,24	Ku=2,5
R3=1,8 кОм	Ku1=-2,5	Ku=2,8
R3=2 кОм	Ku1=-2,68	Ku=3

При увеличении сопротивления R3, коэффициент усиления увеличивается. Полученные опытным путем для серийно выпускаемых ОУ, коэффициенты усиления, расходятся с теоретическими. Это связано с тем, что теоретический способ применим больше к идеальному операционному усилителю, так как их значения совпали.

Вывод: в данной лабораторной работе мы исследовали основные схемы включения операционного усилителя, используемые в качестве масштабирующих преобразователей.