Плата № 1.

Упрощенная принципиальная схема учебной платы №1 и плата показаны на рис.1.и рис.2..

Рис.1 Схема платы №1.

Рис.2 Учебная плата №1.

Рис.2 Учебная плата №1.

Описание учебной платы №1.

Учебная плата №1. предназначена для проведения следующих лабораторных работ:

Лабораторная работа 1. Основная инвертирующая схема включения ОУ.

Лабораторная работа 2. Основная неинвертирующая схема включения ОУ.

Лабораторная работа 3. Инвертирующий сумматор сигналов на основе ОУ.

Лабораторная работа 4. Сумматор – вычитатель сигналов на основе ОУ.

Лабораторная работа 5. Инвертирующий интегратор на основе ОУ.

Лабораторная работа 6. Генератор прямоугольных сигналов на основе ОУ.

Лабораторная работа 7. Генератор прямоугольных сигналов на цифровых М.Сх.

Лабораторная работа 8. Интегрирующая RC-цепь.

Лабораторная работа 9. Дифференцирующая CR-цепь.

Лабораторная работа 10. Изодромное звено.

Лабораторная работа 11. Цепь компенсации полюса нулем.

Плата содержит: внутренний генератор прямоугольных сигналов на цифровой микросхеме DD1 (561ЛН2); повторители напряжения на основе операционных усилителей (ОУ) А1-А3 (154УД1); ОУ А4 (544УД1), на основе которого реализуются перечисленые выше линейные схемы (Л.р. 1-5); эмиттерный повторитель напряжения на комплементарных транзисторах Т1 и Т2; интегральные стабилизаторы напряжения, обеспечивающие биполярное питание ОУ (+6В и –6В). Предусмотрена возможность подключения к плате внешних источников сигналов.

В данной части (часть 1) описываются лабораторные работы 1-5.

Для проведения лабораторных работ требуется аналоговый или аналого-цифровой двухлучевой осциллограф (вариант для развитых стран). Может быть использован синтетический осциллограф на основе многоканального аналого-цифрового преобразователя и компьютера, что значительно хуже (вариант для слабо развитых стран). Применение синтетического осциллографа на основе звуковой платы компьютера - совсем плохо ( вариант для стран с крайне низким уровнем развития).

Лабораторная работа 1.

Основная инвертирующая схема включения ОУ.

Цель работы: Исследование основной инвертирующей схемы включения оу. Основные теоретические положения:

Основная классическая схема инвертирующего включения ОУ показана на рисунке 3.

Рис.3 Основная классическая схема инвертирующего включения ОУ.

ОУ, охваченный цепью отрицательной обратной связи (ООС), в линейных схемах выполняет только одну функцию – он стремится установить входное дифференциальное напряжение (напряжение межде его входами) равное нулю вольт !!!

Это доказано в лекционном курсе.В данном случае, напряжение на неинвертирующем входе ОУ равно нулю (земля), поэтому и на инвертирующем входе напряжение стремится к нулю. Поэтому точку схемы , к которой подключен инвертирующий вход ОУ, часто называют точкой кажущегося нуля, виртуального нуля, или квазинуля. Следует отметить, что это нарушается в течение длительности времени переходных процессов, что хорошо наблюдается на экране электронного осциллографа при воздействии на вход схемы прямоугольных сигналов с очень крутыми фронтами. Длительность и величина отклонения входного дифференциального напряжения от нуля зависят от быстродействия применяемого ОУ. Данное положение справедливо и для других, рассмотренных здесь ниже, линейных схем.

В этой и других работах инвертирующий вход ОУ будем называть точкой квазинуля или просто квазинулем.

Основные характеристики идеального ОУ:

Коэффициент усиления для дифференциальго входного напряжения ( напряжения между входами ОУ) стремится к бесконечности и не зависит от формы входного дифференциального сигнала.

Входные токи стремятся к нулю.

Входное сопротивление по каждому их входов ОУ (и сопротивление между входами) стремится к бесконечности.

Выходное сопротивление ОУ стремится к нулю.

Работа и основные характеристики схемы:

Напряжения во всех точках электрической схемы измеряются относительно земли, имеющей ,по определению, нулевой потенциал, даже если отсутствует защитное заземление ( соединение с Землей). Точка квазинуля имеет практически такой же потенциал, поэтому выходное напряжение можно измерить относительно и этой точки:

Uвых(t) = Iос(t)* Zос

Согласно закону Киргофа и характеристикам идеальног ОУ, ток Iос(t) = - Ia(t).

Согласно закону Ома, ток Ia(t) = Uвх(t)/Za.

Поэтому Uвых(t) = - Ia(t)* Zос = - (Uвх(t)/Za)* Zос.

Следовательно, коэффициент преобразования Кпр. = Uвых(t) / Uвх(t) = - Zос / Za.

В частном случае, при чисто активных сопротивлениях, коэффициент преобразования называется коэффициентом усиления Кус. = - Rос / Ra.

В случае если Кус. = -1, схему называют инвертирующим повторителем напряжения.

Входное сопротивление Zвх = Za, либо Rвх. = Ra.

Выходное сопротивление Zвых –> 0

Генератор входного сигнала Uвых(t) совместно с входным сопротивлением представляют собой идеальный, по сути, генератор тока.

Исследуемая инвертирующая схема включения ОУ учебной платы №1 показана на рисунке 4. В ней, в отличее от схемы рис.3, присутствуют дополнительные элементы : Rдоп.1 (R16) и Rдоп.2 (R20). Данные сопротивления не могут быть отключены от ОУ А4, в отличее от других элементов, и служат для повышения “дуракоударности” платы №1. Дело в том, что студенты (да и преподаватели), по неопытности, часто забывают замкнуть перемычками сопротивление ООС, а также обеспечить гальваническую связь обоих входов ОУ с землей, что может привести к выводу из строя ОУ.

Рис.4 Исследуемая основная инвертирующая схема платы 1