Министерство образования и науки России
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский Государственный Технический Университет
имени Р.Е. Алексеева
Арзамасский политехнический институт (филиал)
Кафедра “Авиационные приборы и устройства”
Исследование работы преобразователей аналоговых сигналов
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Аналоговые измерительные устройства” для студентов всех форм обучения по специальностям “Информационно - измерительная техника и технологии” и “Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы”
Арзамас 2011
-2-
Составители: А.Н. Долгов, А.А. Яковлев
УДК 629.7.05/06
Исследование работы преобразователей аналоговых сигналов: методические указания к лабораторным работам по дисциплине “Аналоговые измерительные устройства” для студентов всех форм обучения по специальностям “Информационно-измерительная техника и технологии” и “Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы” / АПИ НГТУ; Сост.: А.Н. Долгов, А.А. Яковлев - Арзамас, 2011.- 34 с.
Редактор Пичугина Е.Д.
_____________________________________________________________________________
Подписано в
печать______2011 г. Формат 60 84
.
Бумага газетная.
Печать офсетная. Печ. л. 2,1. Уч.-изд. 2,0. Тираж экз. Заказ___.
Издатель: ООО «Ассоциация учёных» г. Арзамаса Нижегородской области
607220, г. Арзамас Нижегородской области, ул. Калинина, 19
Участок офсетной печати:
607220, г. Арзамас Нижегородской области, ул. Севастопольская, 15
© Долгов А.Н., Яковлев А.А., 2011
© «Ассоциация учёных» г. Арзамаса Нижегородской области, 2011
© Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.А. Алексеева, 2011
1. Цель работы
Целями работы являются:
1) ознакомление с работой операционного усилителя (ОУ);
2) ознакомление со схемами преобразования аналоговых сигналов;
3) исследование работы интегратора дифференциатора напряжения на базе
ОУ.
2. Краткие сведения из теории
Операционный усилитель (ОУ) – это усилитель напряжения, с помощью которого выполняются различные преобразования аналоговых сигналов: усиление или ослабление, сложение или вычитание, интегрирование или дифференцирование, преобразование их формы и др. Все эти операции ОУ выполняет с помощью цепей положительной и отрицательной обратной связи, в состав которой могут входить сопротивления, емкости и индуктивности, диоды, транзисторы, стабилитроны и некоторые другие электронные элементы.
Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, поэтому входные сигналы можно подавать на любой из двух входов, один из которых называется инвертирующим, так как изменяется полярность выходного напряжения, а другой – неинвертирующим, который не изменяет полярности выходного напряжения.
На схеме дифференциальный ОУ обозначается следующим образом: (рис. 1).
Рисунок 1
Здесь
(–) - инвертирующий вход ОУ;
(+) - неинвертирующий вход ОУ;
-
напряжение на инвертирующем входе;
-
напряжение на неинвертирующем входе;
-
положительное напряжение питания;
-
отрицательное напряжение питания.
3
Выходное напряжение для дифференциального усилителя равно:
,
(1)
где A – коэффициент передачи ОУ.
Для того чтобы ОУ соответствовал идеальному источнику напряжения необходимо, чтобы он обладал следующими свойствами:
1.
Входное сопротивление
.
2.
Входной ток
.
3.
Коэффициент передачи
.
4.
Выходное сопротивление
.
Для управления работой ОУ применяют обратные связи. При этом, при отрицательной обратной связи (ООС), когда сигнал с выхода ОУ подается на инвертирующий вход, происходит уменьшение коэффициента передачи (K=10-1000). При положительной обратной связи (ПОС) ОУ может перейти в режим генерирования колебаний, т.е. становится автогенератором.
Основные характеристики ОУ можно разделить на две группы: статические и динамические. К статическим относятся характеристики, определяющие работу ОУ в установившемся режиме. Это:
1.
Коэффициент усиления на постоянном
напряжении
.
2.
Напряжение смещения нулевого уровня
.
3.
Входные токи
и
.
4.
Разность входных токов
.
5.
Температурный коэффициент напряжения
смещения нулевого уровня
.
6.
Температурный коэффициент разности
входных токов
.
7.
Коэффициент ослабления синфазного
сигнала
.
8.
Максимальный выходной ток
.
Динамические характеристики ОУ:
1.
Предельная частота (частота единичного
усиления)
.
2.
Максимальная скорость нарастания
выходного напряжения
.
Эти параметры служат для коррекции ОУ с целью предотвращения возникновения автоколебаний в нем при охвате ОУ отрицательной обратной связью.
4
Все совокупности их параметров делятся на следующие группы:
1. Универсальные или общего названия
(
>0,5·106
,
=0,1…10
МГц,
>0,5
мВ).
2. Прецизионные или инструментальные
( =103…105 , <0,5 мВ).
3. Быстродействующие ( >20 В/мкс, >15 МГц),
4.
Микромощные (
<1мА).
Следует заметить, что прецизионные ОУ по своим параметрам приближаются к идеальным ОУ.
Быстродействующие ОУ отличаются широкой полосой пропускания и высокой скоростью нарастания выходного напряжения.
Микромощные
ОУ отличаются высокой экономичностью.
Они могут работать при напряжении
питания
=1,5В
и потреблять ток
=10…1000
мкА.