лр 3 ОУ. Лабораторная работа 3 исследование электрических схем с операционным усилителем цель работы
 Скачать 4.34 Mb.
|
|
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ В установке к лабораторной работе «Операционный усилитель» реализованы пять схем на операционном усилителе – масштабный, суммирующий, интегрирующий, дифференцирующий усилители и активный полосовой фильтр (рис. 70). Питание схем осуществляется от блока питания (рис. 70г), подключенного к сети однофазного напряжения 220 В частотой 50 Гц. Блок питания содержит мостовые выпрямители на диодах, дающие постоянные напряжения +15 В и –15 В, необходимые для работы микросхем операционных усилителей. Кроме того, эти напряжения используются для создания источников входных регулируемых напряжений Uвх 1, Uвх 2, Uвх 3 в схемах масштабного усилителя и сумматора (рис.70а). На панели стенда источники входных напряжений обозначены Е1, Е2, Е3, напряжения на их зажимах U1, U2, U3. В этом случае напряжения +15 В и –15 В от блока питания подаются на потенциометры R5, R6, R7, с которых регулируемые напряжения U1, U2, U3 подключаются к входам схем. На панели ручки потенциометров обозначены «U1», «U2», «U3». Измерения входных и выходных напряжений в схемах масштабного ОУ и сумматора осуществляются одним вольтметром магнитоэлектрической системы (на панели вольтметр обозначен V), подключаемым с помощью четырехпозиционного переключателя SA3 к трем входам схемы (на панели положения переключателя обозначены «V1», «V2», «V3») и к выходу (положение переключателя). Исследование интегратора (рис.70б) производится при подключении к его входу генератора прямоугольных импульсов (рис.70д), собранного на микросхемах ДД1. К выходу интегратора подключают электронный осциллограф С1-68. Снятие выходного сигнала с помощью осциллографа осуществляется следующим образом:
а) масштабный ОУ и сумматор  б) интегратор в) дифференциатор, интегратор(активный полосовой фильтр)  г) блок питания д) генератор прямоугольных импульсов Рис. 70 Дифференциатор и активный полосовой фильтр (рис.70в) исследуются при подключении к входу генератора синусоидального напряжения Г3-53 с изменяющейся частотой. К выходу схемы подключают электронный вольтметр В3-41. Внешний вид стенда изображен на рис. 71.  Рис. 71 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 1 Ознакомиться с расположением на панели стенда схем масштабного операционного усилителя, сумматора, интегратора, дифференциатора (рис. 71). 2 Исследование схемы масштабного операционного усилителя. Подключить источник постоянного напряжения Е1 на первый вход схемы, замкнув ключ SA1. Измерить напряжение U1 на первом входе. Для этого переключатель SA3 вольтметра V установить в положение «V1». По положению ключа SA2 определить знак измеряемого напряжения. Регулятором напряжения «U1» установить напряжение U1, заданное преподавателем. Во избежание перегрузки ОУ входное напряжение не должно превышать 1 вольт. Установить регуляторы «U2» и «U3» в нулевые положения. Напряжения на втором входе U2 и третьем входе U3 должны быть равны нулю. Для того, чтобы убедиться в этом, подключить вольтметр V на второй вход (переключатель SA3 в положении «V2») и на третий вход (переключатель SA3 в положении «V3»). В данных условиях измерить напряжение (с учетом знака) на выходе схемы, установив переключатель SA3 в положение «V4». Результаты измерений напряжений со знаками «+» или «–» записать в таблицу 3. По данным опыта получить величину коэффициента передачи К1 и сравнить ее с расчетной. Аналогичные измерения и расчеты произвести при подключении источника Е2 на второй вход, затем источника Е3 на третий вход. 3 Исследование сумматора на операционном усилителе. Перед началом опыта рассчитать выходное напряжение сумматора по формуле, приведенной в таблице 3. Для этого, используя полученные из предыдущего опыта значения коэффициентов передачи К1, К2, К3, задаются входными напряжениями Uвх1, Uвх2, Uвх3 такой величины, чтобы результирующее выходное напряжение не превышало 5 В (в общем случае напряжение на выходе данной микросхемы не должно превышать 12,6 В). Подключить источники постоянного напряжения Е1, Е2, Е3 на входы схемы сумматора. Установить регуляторами «U1», «U2», «U3» рассчитанные напряжения на входах с помощью вольтметра V (положения переключателя SA3 «V1» , «V2» , «V3»). Измерить выходное напряжение Uвых (положение переключателя SA3 «V4»). Сравнить полученную величину Uвых с расчетной. Результаты опыта и расчета записать в таблицу 17. Таблица 17
4 Исследование схемы интегратора на операционном усилителе. На вход интегратора подключен источник прямоугольных импульсов (рис.70д). Длительность импульсов tu R1C2 (рис.72). Подключить осциллограф С1-68 на вход (гнезда Г1-Г2), а затем на выход (гнезда Г3-Г4) интегратора. Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе схемы. Объяснить форму кривой напряжения на выходе Uвых .  Рис. 72 5 Исследование амплитудно–частотных характеристик дифференциатора, интегратора и активного полосового фильтра на ОУ. 5.1 Собрать схему дифференциатора – на лабораторном стенде переключатели SA4 и SA5 установить в положение «выключено». Опытным путем построить АЧХ дифференциатора К(f) =  . Для этого к входу дифференциатора подключить источник синусоидального напряжения – звуковой генератор Г3-53 (гнезда Г5-Г6 дифференциатора соединяются с гнездами «ВЫХОД» генератора) с помощью соединительного кабеля. К выходу дифференциатора подключить электронный вольтметр.Установить на генераторе частоту, заданную в таблице 4 (20 Гц, 500 Гц, 1кГц, 2 кГц и т. д.). Для этого необходимо: – переключатель «ПОДДИАПАЗОНЫ кГц» установить в одно из четырех положений, обозначенных «0–5», «5–10», «10–15», «15–20». Положение «0–5» соответствует поддиапазону 0,02…5 кГц; положение «5–10» соответствует поддиапазону 5…10 кГц; «10–15» – 10…15 кГц; «15–20» – 15…20 кГц. Например, при заданной частоте 2 кГц переключатель поддиапазонов поставить в положение «0–5», что означает выбор поддиапазона 0…5 кГц, включающего частоту 2 кГц. – с помощью ручки «ЧАСТОТА» установить на большой и малой шкалах частот заданную частоту. На большой шкале имеется градуировка четырех указанных поддиапазонов частот. На этой шкале в пределах выбранного поддиапазона устанавливают сотни и тысячи герц заданной частоты, на малой шкале – единицы и десятки герц (например, при частоте 2 кГц ручкой «ЧАСТОТА» на большой шкале в пределах выбранного поддиапазона 0…5 кГц устанавливается 2 кГц, на малой шкале – 0 Гц). Установить напряжение генератора один вольт. Для этого: – переключатель «ПРЕДЕЛЫ ШКАЛ – ОСЛАБЛЕНИЕ ДБ» поставить в положение «1 В»; – затем резистором плавной регулировки «РЕГУЛИРОВКА ВЫХОДА» довести напряжение генератора до одного вольта, контролируя его вольт- метром на панели генератора по шкале «1 Вольт». Измерить напряжение на выходе дифференциатора электронным вольтметром. Результат измерения выходного напряжения Uвых записать в таблицу 18. Аналогичные измерения напряжения на выходе дифференциатора произвести для всех указанных в таблице 4 значений частот (20Гц, 500Гц, 1кГц, 2кГц и т. д.), поддерживая неизменным напряжение на входе дифференциатора, равное одному вольту. Результаты измерений напряжения Uвых занести в таблицу 18. По опытным данным построить АЧХ дифференциатора К(f) =  .Таблица 18
5.2 Собрать схему интегратора – переключатели SA4 и SA5 установить в положение «включено». Опытным путем построить АЧХ интегратора К(f) = . Для этого к входу интегратора подключить звуковой генератор Г3-53 (гнезда Г5-Г6 интегратора соединяются с гнездами «ВЫХОД» генератора). К выходу интегратора подключить электронный вольтметр.На выходе генератора установить напряжение один вольт. Электронным вольтметром произвести измерение выходного напряжения Uвых интегратора для указанных в табл.18 значений частот входного напряжения (20 Гц, 500 Гц, 1кГц, 2 кГц и т. д.), поддерживая неизменным величину напряжения на входе интегратора, равную одному вольту. Результат измерений выходного напряжения Uвых записать в таблицу 18. На графике АЧХ дифференциатора по опытным данным построить АЧХ интегратора К(f) = .Сравнить АЧХ дифференциатора и интегратора. 5.3 Собрать схему активного полосового фильтра. Для этого: переключатель SA4 установить в положение «выключено», а переключатель SA5 – «включено». Для заданных в таблице 18 параметров схемы активного полосового фильтра рассчитать значения частот: f01, fc1, fc2, f02. Формулы для расчета частот приведены в таблице 18. Рассчитать коэффициент передачи фильтра на указанных частотах f01, fc1, fc2, f02 и построить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) фильтра К(f):  Опытным путем получить АЧХ фильтра  . К входу фильтра подключить источник синусоидального напряжения – звуковой генератор Г3-53 (гнезда Г5-Г6 фильтра соединяются с гнездами «ВЫХОД» генератора) с помощью соединительного кабеля. К выходу фильтра подключить электронный вольтметр.На выходе генератора установить напряжение один вольт. Электронным вольтметром произвести измерение напряжения на выходе полосового фильтра для указанных в табл.18 значений частот входного напряжения (20 Гц, 500 Гц, 1кГц, 2 кГц и т. д.), поддерживая неизменным величину напряжения на входе фильтра, равную одному вольту. Результат измерений выходного напряжения Uвых записать в таблицу 18. По экспериментальным данным построить амплитудно-частотную характеристику активного полосового фильтра К(f) = . На этом же графике по расчетным значениям частот – f01, fc1, fc2, f02 (таблица 18) построить теоретическую аппроксимированную кривую АХЧ фильтра (рис.15).Сравнить опытную кривую с теоретической. Также сравнить между собой АЧХ активного полосового фильтра, дифференциатора и интегратора. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кГц
, кГц
, кГц
, кГц