сема нефед оу. Семестровая работа функциональное устройство на операционных усилителях
 Скачать 264.43 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный технический университет» Факультет электроники и вычислительной техники Кафедра «Электротехника» СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА Функциональное устройство на операционных усилителях Вариант №5 Выполнил: студент группы ИИТ – 373 Бобров П.М. Проверил: д.т.н., профессор кафедры «Электротехника» Оценка ____ баллов Волгоград 2019 Оглавление:Задание: 2 1.Схема функциональная 6 2.Расчетная часть 7 2.1 Блок усилителя 7 2.2 Блок сумматора 9 2.3 Блок выпрямителя 13 3.Результаты моделирования 14 4.Выводы 19 Список литературы: 20 Наименование 21 ВГТУ.460.001.Э3 21 Задание:Рассчитать параметры устройства на операционных усилителях (ОУ), функциональная схема которого представлена на Рис. 1, и обеспечивающего: усиление напряжения  с коэффициентом передачи по напряжению  ;сложение напряжений  и  с коэффициентами передачи по напряжению  и  соответственно;выпрямление напряжения  после сумматора с коэффициентом передачи по напряжению  ;Определить для заданных напряжений u1 и u3 средневыпрямленное выходное напряжение  Значения , , , , и приведены в таблице Таб. 1.Для нечетных вариантов использовать однополупериодное выпрямление, а для четных вариантов – двухполупериодное.
Таб. 1. Исходные данные Провести моделирование работы системы  Рис. 1. Функциональная схема устройства Введение: Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз. Операционные усилители могут быть классифицированы по типу их конструкций: Дискретные - созданные из отдельных транзисторов или электронных ламп; Микросхемные - интегральные операционные усилители наиболее распространены; Гибридные - созданные на основе гибридных микросхем малой степени интеграции; Своё начало операционные усилители ведут от аналоговых компьютеров, где они применялись во многих линейных, нелинейных и частото-зависимых схемах. Параметры схем с операционными усилителями определяются только внешними компонентами, а так же небольшой температурной зависимостью или разбросом параметров при их производстве, что делает операционные усилители очень популярными элементами при конструировании электронных схем. Операционные усилители являются наиболее востребованными приборами среди современных электронных компонент, они находят своё применение в потребительской электронике, применяются индустрии и в научных приборах. Многие стандартные микросхемы операционных усилителей стоят всего несколько центов. Но некоторые модели гибридных или интегрированных операционных усилителей со специальными характеристиками, выпускаемые мелкими партиями, могут стоить более сотни долларов. Операционные усилители обычно выпускаются как отдельные компоненты, а так же они могут являться элементами более сложных электронных схем. Дифференциальные входы усилителя состоят из двух выводов - V+ и V-, идеальный операционный усилитель усиливает только разницу напряжений между двумя этими входами, эта разница называется дифференциальным напряжением на входе. Для того, что бы работа операционного усилителя была предсказуемой, применяется отрицательная обратная связь, которая устанавливается путём подачи части напряжения с выхода усилителя на его инвертирующий вход. Эта замкнутая цепь обратной связи существенно снижает усиление усилителя. При использовании отрицательной обратной связи общее усиление схемы значительно больше зависит от параметров цепи обратной связи, чем от параметров операционного усилителя. Если цепь обратной связи содержит компоненты с относительно стабильными параметрами, то изменения параметров операционного усилителя существенно не влияют на характеристики схемы. Передаточная характеристика схемы с операционным усилителем определяется математически передаточной функцией. Проектирование схем с заданной передаточной функцией с операционными усилителями относится к области радиоэлектроники. Передаточная функция является важным фактором в большинстве схем, использующих операционные усилители, например, в аналоговых компьютерах. Высокое входное сопротивление входов и низкое выходное сопротивление выхода является так же полезной особенностью операционных усилителей. Схема функциональная Расчетная часть2.1 Блок усилителяТак как коэффициент усиления отрицательный, то нужно использовать схему инвертирующего усилителя: Рис. 2. Инвертирующий усилитель  Определим отношение сопротивлений:   Запишем отношение для  : Выберем номинал  и посчитаем остальные сопротивления:  Напряжение на выходе усилителя:  2.2 Блок сумматораДля коэффициент усиления  , поэтому будем использовать схему неинвертирующего усилителя: Рис. 3. Неинвертирующий усилитель  Определим отношение сопротивлений:   Выберем номинал  и посчитаем остальные сопротивления: Так как данного значения в стандартном ряду сопротивлений нет , возьмем ближайшее к нему значение =>  Напряжение на выходе .  Для коэффициент усиления = 2, поэтому будем использовать схему неинвертирующего усилителя: Рис. 4. Неинвертирующий усилитель  Определим отношение сопротивлений:   Выберем номинал  и посчитаем остальные сопротивления: Напряжение на выходе усилителя:  Так как коэффициенты , суммирующего блока имеют одинаковые знаки, необходимо использовать схему неинвертирующего сумматора. Рис. 5. Схема неинвертирующего сумматора   Определим соотношение сопротивлений:     Для корректной работы схемы необходимо, чтобы коэффициенты усиления неинвертирующей части схемы были равны инвертирующей части. Условие баланса:  Получаем:  Запишем номиналы сопротивлений:   Найдем напряжение на выходе сумматора:   2.3 Блок выпрямителяИспользуем схему однофазного двухполупериодного выпрямителя на двух операционных усилителях.  Рис. 6. Однополупериодный выпрямитель Так как коэффициент усиления единичный, то:  Средневыпрямленное выходное напряжение для однополупериодного выпрямителя: Результаты моделирования Рис. 7. Смоделированная схема На Рис. 8. можно увидеть два сигнала: 1)Входной сигнал и согласно шкале:  2)Сигнал после инвертирующего усилителя, согласно шкале:   Рис. 8. Осциллограмма №1 На Рис. 9 так же находятся два сигнала: 1)Сигнал после инвертирующего усилителя 2)Сигнал после неинвертирующего усилителя напряжения и согласно шкале:   Рис. 9. Осциллограмма №2 На Рис. 10 видим два сигнала: 1)Входной сигнал и согласно шкале:  2)Сигнал после неинвертирующего усилителя, согласно шкале:   Рис. 10. Осциллограмма №3 На Рис. 11 мы видим сигнал после неивертирующего сумматора и согласно шкале  . Рис. 11. Осциллограмма №4 На Рис. 12 показан сигнал после однополупериодного выпрямителя  Рис. 12. Осциллограмма №5 На Рис. 13 представлено показание вольтметра после однополупериодного выпрямителя  Рис. 13. Показание вольтметра после выпрямления напряжения ВыводыВ результате выполненной семестровой работы мы научились рассчитывать и моделировать устройства на базе операционных усилителей. Так же ознакомились с функциональностью и принципом работы: инвертирующих и неинвертирующих усилителей, повторителем напряжения, инвертирующего и неинвертирующего сумматора, а так же с однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя. Значения напряжений, полученных теоритически в результате расчетов, совпадают со значением напряжений, полученных в результате моделирования, в программе Electronics Workbench. Список литературы:А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях, 1994. – 352с. Хоровиц П., Хил л .У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. - 4-е изд., перераб. и доп.-М.: Мир, 1993. – 411с.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||