25ЛРв. Отчет по лабораторной работе 25 (Lr25) электронные устройства на операционных усилителях студента Давыдова А. А

• Название: Отчет по лабораторной работе 25 (Lr25) электронные устройства на операционных усилителях студента Давыдова А. А
• Дата: 19.10.2022
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: 25ЛРв.docx
• Тип: Отчет; #741749

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение профессионального образования

«Московский авиационный институт

(национальный исследовательский университет)»

Кафедра №309 «Теоретическая электротехника»

Дисциплина «Электротехника и электроника»

ОТЧЕТ

по лабораторной работе 25 (Lr25)

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
студента Давыдова А.А.

группы М3о-334Б-20

" 21 " сентября 2022 г.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа работы операционных усилителей и исследование характеристик устройств на их основе: инвертирующего усилителя, интегратора, дифференциатора и избирательного усилителя

Схема исследуемой цепи:

Рис. 1

U_c

n

U_b
Таблица использованных приборов

Наименование прибора	Тип, марка	Количество
Инвертирующий усилитель	AD846	1
Источники сигналов	Е1, Е2, Е3	1,1,1.
Вольтметр	V1	1
Осциллограф	XSC1	1
Плоттер	XBP1	1

Задание 1. Запустить среду МS10 (щёлкнув мышью на команде Эксперимент меню комплекса Labworks). В открывшемся окне Задания щёлкнуть мышью на закладке Эксперимент 1.

1.1. В выведенной на рабочее поле среды MS10 схеме для испытания инвертирующего усилителя, собранного на ОУ типа AD846, входное напряжение от источников постоянного напряжения Е1, прямоугольных импуль­сов Е2, синусоидального напряжения Е3 пос­ред­ством выключателей (ключей) А, В и С подаётся на инвертирующий вход ОУ через резистор R1, сопротивление R₁ = 10 кОм которого, в основном, опре­деляет значение входного сопротивления усилителя, т. е. R_вх R₁ = 10 кОм. С помощью потенциометра Roc с сопротивлением R_ос= 500 кОм обеспечивается отрицательная параллельная обратная связь по напряжению.

При R_ос= 500 кОм коэффициент усиления по напряжению



Для устранения различия сопротивлений на входах ОУ и ослабления синфазного сигнала в цепь неинвертирующего входа включен резистор R2 с сопротивлением



При большом коэффициенте ОУ К_u = 500000 выходное сопротивление смоделированной схемы близко к нулю, т. е.



Поскольку сопротивление нагрузки для ОУ, как правило, должно быть не менее 2 кОм, выбираем резистор R3 с сопротивлением R₃ = 2 кОм.

Скопировать схему инвертирующего усилителя на страницу отчёта.

1.2. Снять и построить амплитудную характеристику ОУ u_вых= f(u_вх), определить по ней напряжение смещения U_см, динамический диапазон D и коэффициент усиления K_u.ос= U_вых/U_вх, сравнить их с расчётными значениями. С этой целью замкнуть ключ С и, ступенчато (с интервалом в 50 мВ) изменяя ЭДС Е₂ =U_вх источника постоянного напряжения E3 в границах 300 мВ … 0 … 300 мВ, заносить показания прибора V1 в таблицу.

Uвх, мВ	-250	-200		-150		-100		-50	0		50	100		150			200		250		300
Uвых, В	-5.5	-4.3		-3		-1,8		-0,5	0,7		1,9	3,2		4,5			5,7		6,9		8,2
	Uсм, В		-25		D, дБ		2,1			Ku.ос			18,4

1.3. С помощью осциллографических кривых при входном ступенчатом напряжении определить скорость нарастания выходного напряжения (при его переходе через ну­левое значение) и время установления

t_уст = t_0,9u – t_0,1u.




С этой целью разомкнуть ключ С и замкнуть ключ В, подключив, тем самым, к инвертирующему входу источник прямоугольных импульсов E2 с амплитудой E_m =  0,1 B, длительностью импульсов t_и= 25 мкс и периодом Т = 100 мкс их повторения.

Установить параметры источника Е2 и режим работы осциллографа XSC1, а в закладке в открывающемся окне меню

Simulate\Analyses\Transient Analysis\Maximum time step settings

шаг моделирования Tmax = 1e-009 sec (t_max = 1 нс).

Воспользовавшись визирными линиями и осциллограммами напряжений, провести измерения выходного напряжения u_вых при двух значениях времени его нарастания.

v, мкс

3,8

tуст, мс

0,004

1.4. С помощью осциллографа XSC1 определить коэффициент усиления K_u.ос ОУ по переменному напряжению, а с помощью плоттера XBP1 получить его АЧХ по напряжению и, воспользовавшись визирной линией, определить коэффициент усиления K_u,ос на средней частоте, частоту среза f_в, на которой коэффициент K_u снизился до 0,707 своего значения, а также едини­ч­ную частоту f₁, на которой K_u = 1.

Ku.ос(XSC1)

5,31

Ku.ос(XBP1)

0,053

fв, МГц

0,072

f1, МГц

325

Для этого:

 установить в закладке последовательно открывающихся окнах меню Simulate\Analyses\Transient Analysis\Maximum time step settings (Tmax = = 1e-005 sec) шаг моделирования (по определению) t_max = 10 мкс;

 разомкнуть ключ В и замкнуть ключ А;

 установить в диалоговом окне генератора Е1 ЭДС Е₁ = 5 мВ и её частоту f = 1 кГц, а в диалоговом окне плоттера XBP1  верхнюю частоту f= 100 МГц моделирования АЧХ по напряжению ОУ и запустить программу MS10;

 скопировать график АЧХ усилителя на страницу отчёта по работе.


Рис. 2

Задание 2. Открыть файл 25.8.ms10, размещённый в папке Circuit Design Suite 10.0 среды МS10, или собрать на рабочем поле среды MS10 схему (рис. 25.8) для испытания интегратора (код 110 состояния ключей А, В и С: цифра 1 – ключ замкнут, цифра 0 – ключ разомкнут), дифференциатора(код ключей 001) и избирательного усилителя (код ключей 011) на ОУ типа LM741 (K_u = 210⁵) и задать в диалоговых окнах параметры элементов схемы.

Скопировать схему (рис. 25.8) на страницу отчёта.

2.1. На вход интегратора (см. рис. 25.8, код 110) подать периодический сигнал u_вх прямоугольной формы c амплитудой U = 20 мВ и длительностью импульса t_и = 0,01Т = 0,1 мс, где период Т = 1/f = 1/100 = 0,01 с, который формируется функциональным генератором XFG1 после установки в его диалоговом окне (см. рис. 25.9, справа) амплитуды (Amp­­litude) U_вх= = 10 мВ, частоты (Frequency)f = 1200 Гц, длительности (Duty Cycle) положительной полуволны меандра в пределах периода Т, равной 1 %, и смещения (Offset) 10 мВ сигнала по вертикали от нулевого уровня.

Выбрать режим работы (коэффициенты усиления входного и выходного каналов и необходимую длительность развертки во времени) в диалоговом окне осциллографа XSC1 и измерить при t = t_и уровень практически линейно нарастающего сигнала u_вых на выходе интегратора (см. рис. 25.9).

Сравнить полученное значение напряжения U_вых со значением U_вых для идеального интегратора, равного

U_вых = U_вхt_и/(R₁C_oc) =  1010^-310^-4/(10⁴10^-9) =  0,2 В.

Скопировать (зарисовать) осциллограммы входного и выходного сигналов (см. рис. 25.9) на страницу отчёта.


Примечание. Для наглядности на рис. 25.9 фаза выходного сигнала u_вых с помощью кнопки осциллографа, расположенной в нижней строчке установки режимов его работы, изменена на 180.

2.2. Установить параметры функционального генератора XFG1 (см. рис. 25.10, справа), сопротивления резисторов: R₁ = 5 кОм, R_ос = 100 кОм, ёмкость конденсатора С₁ = 2 нФ и подать на вход дифференциатора (см. рис. 25.8, код 001) сформированный генератором симметричный треугольный сигнал с амплитудой U = 0,5 В и периодом Т = 5 мс. Измерить с помощью осциллографа амплитуду выходного сигнала u_вых практически пря­мо­угольной формы (рис. 25.10) и сравнить её значение с расчётным зна­­чением для идеального дифференциатора по времени

U_вых = R_ocC₁U_вх/t_и =  10⁵210^-91/2510^-4 =  80 мВ.

Скопировать (зарисовать) осциллограммы входного и выходного сигналов (см. рис. 25.10) на страницу отчёта.


2.3. Установить в диалоговом окне функционального генератора XFG1 (см. рис. 25.10, справа) амплитуду напряжения 10 мВ и режим работы  "сину­со­идальное напряжение"; сопротивления резисторов R₁ = 10 кОм и R_ос = 500 кОм, ёмкость конденсаторов С₁ = С_ос = 1 нФ и подать на вход избирательного RC-усили­теля с интегродифференцирующей обратной свя­зью (см. рис. 25.8, код 001) сформированный генератором синусоидальный сигнал. В диалоговом окне плоттера XBP1 (рис. 25,11, справа) задать границы верхней и нижней частот моделирования АЧХ усилителя: f_в = 20 кГц, f_н = 200 Гц, границы уровней коэффициента усиления (30 и 0), логари­ф­ми­че­скую шкалу для частот и линейную для АЧХ.

Измерить с помощью визирной линии в окне плоттера максимальный коэффициент усиления на квазирезонансной частоте

.

Расчётное значение



О
пределить полосу пропускания избирательного усилителя на уровне 0,707К_u.max.





Рис.. 25.12

Верхняя и нижняя границы пропускания. Представленны на рисунке 25.12

Скопировать график АЧХ избирательного усилителя (см. рис. 25.11) на страницу отчёта.
Выводы по работе:

В данной работе мы изучили принципы работы операционных усилителей и исследовали характеристики устройства на их основе - инвертирующего усилителя.
Отчет принял преподаватель (Ф.И.О)

“ ” ________________ 2022г.

__________________ (подпись преподавателя)