Послідовність виконання роботи
1. Дослідити коефіцієнти підсилення ОП при інвертувальному вмиканні:
1.1. Відкрити файл “Схема 11.1 msm”(рис. 11.1).
1.2. На передній панелі функціонального генератора виставити режим формування гармонічного сигналу амплітудою 200...300 мВ.
1.3. Відкрити панель осцилографа, виставити відповідні значення чутливості каналів А (50 мВ) та В (5 В) та значення тривалості розгортки (20 мкс/под).
1.4. Виміряти коефіцієнт підсилення за допомогою візирних лінійок;
1.5. Провести вимірюваня за різних опорів резисторів зворотного зв’язку шляхом зміни опору потенціометра R5 (0, 10, 100%).
2. Дослідити амплітудно-частотну характеристику ОП:
2.1. Відкрити діалогове вікно вимірювача АЧХ “Bode Plotter” та виставити режими: I = 1 Гц, F = 1 MГц, діапазон затухань F = 40 дБ, I = 0 дБ у логарифмічному масштабі.
2.2. Визначити верхню граничну частоту для трьох положень потенціометра R5.
2.3. Проаналізувати результати, одержані при досліджені коефіцієнтів підсилення та АЧХ.
Рис. 11.1. Схема віртуального лабораторного стенда для дослідження коефіцієнта підсилення та АЧХ операційного підсилювача
3. Виміряти швидкість наростання вихідної напруги ОП зі зворотним негативним зв’язком.
3.1. Перевести функціональний генератор в режим формування прямокутних імпульсів з параметрами: частота 1 кГц, шпаруватість 5%, амплітуда 50...400 мВ.
3.2. Відкрити передню панель осцилографа, встановити тривалість розгортки 20 мкс/под.
3.3. Виставити візирні лінії осцилографа на ділянці з наростаючою напругою на рівнях 0,1 та 0,9 максимального значення Uвих.
3.4. Увімкнути моделювання.
3.5. За допомогою індикаторів (третє віконце збільшеної панелі осцилографа) зафіксувати значення Δt = t2 – t1 та ΔU = U2 – U1.
3.6. Визначити швидкість наростання вихідної напруги Vвих= ΔU/Δt В/мкс, експерименти провести для трьох значень опору резисторів зворотної напруги, результати порівняти з типовими паспортними даними ОП 140УД6А.
4. Дослідження завадозахищеності операційних підсилювачів при надходженні синфазної завади.
4.1. Відкрити файл “Схема 11.2 msm” (рис. 11.2).
Рис. 11.2. Схема віртуального лабораторного стенда для дослідження завадозахищеності операційних підсилювачів при надходженні синфазної завади
4.2. Відкрити передню панель генератора прямокутних імпульсів та виставити режим, що забезпечує формування імпульсів амплітудою Uc = 10 мB, частотою 500 Гц, з шпаруватістю 2 (50%). Цей генератор імітує надходження корисних інформаційних сигналів.
4.3. Два генератори гармонічних сигналів моделюють надходження синфазної завади. Відкрити їх передні панелі та виставити параметри імпульсів: амплітуди U1 = U2 = 3В., частота 5 кГц;
4.4. Відкрити передню панель осцилографа та виставити режим: тривалість розгортки 1.00 мс/под., чутливість каналу „А” - 5 мВ/под., каналу “В” – 5 мВ/под, вхід закритий „DC” (для передачі змінної складової).
4.5. Увімкнути моделювання.
4.6. Визначити амплітуди вихідних сигналів з частотою 500 Гц та 5 кГц, які відображаються на екрані осцилографа. Занести осцилограми до протоколу. Сигнали синфазної завади на виході мають дуже малу амплітуду, а тому для її визначення необхідно збільшити чутливість каналу „В” до 1 мВ/под та змістити осцилограми прямокутних імпульсів по вертикалі до значення Y=-2.6. Це дасть змогу виміряти амплітуду вихідних сигналів синфазної завади.
Для значень опорів резисторів, показаних на рис. 11.2 визначити коефіцієнт передачі за напругою для інформаційного та синфазного сигналів. Інформаційний сигнал подається на інвертувальний вхід, а тому коефіцієнт його передачі визначається KU1=-R2/R1. Таким же співвідношенням визначається коефіцієнт передачі сигналу генератора V4. Сигнал генератора V5 подається на неінвертувальний вхід і коефіцієнт передачі визначається співвідношенням: Kv5=1+R2/R1. Для значень опорів, показаних на рис. 11.2 в загальному випадку одержали б Kv5=2. Щоб зрівняти коефіцієнти передачі сигналів обох генераторів, які імітують синфазну заваду, сигнали генератора V5 поступають на неінвертувальний вхід через подільник напруги R3/R5.
Визначити коефіцієнт ослаблення синфазної завади Кс.зд=20lg(Ku/Кс.зв).
Збільшити амплітуду імпульсів нижнього генератора для імітації асиметрії струмопровідних провідників на 1 мВ (3.001 В).
Повторити експеримент.
Проаналізувати одержані осцилограми та занести їх до протоколу.
Вимкнути моделювання.
5. Дослідження суматора сигналів на ОП.
5.1. Відкрити файл “Схема 11.3msm” (рис 11.3).
Зазвичай суматори напруг будуються на базі ОП за схемами інвертувальних підсилювачів, що забезпечує максимальну точність. На рис. 11.3 показана схема двовходового суматора.
Рис. 11.3. Схема віртуального лабораторного стенда для дослідження суматора на ОП
Джерела інформаційних сигналів підключаються до інвертувального входу ОП через вагові резистори, які визначають коефіцієнт передачі відповідного сигналу. На виході ОП формується сумарний сигнал, форма осцилограми якого визначається співвідношенням частоти, амплітуди та коефіцієнта
передачі вхідних сигналів;
5.2. Відкрити передню панель функціонального генератора та виставити параметри прямокутних імпульсів: частота fпр=10 кГц, амплітуда Uпр = 200 мВ, шпаруватість 2 (50%).
5.3. Відкрити передню панель генератора гармонічних коливань та виставити параметри: частота fгар = 100 кГц, амплітуда Uгар = 2В;
відкрити панель осцилографа та виставити режими: тривалість розгортки 20 мкс/под , чутливість каналу „А” 200 мВ/под, зміщення по вертикалі Y= + 1.0; чутливість каналу „В” 2 В/под, зміщення по вертикалі Y = - 1.6;
5.4. Увімкнути моделювання.
5.5. Занести до протоколу та проаналізувати осцилограми.
5.6. Провести дослідження після одночасної взаємної зміни параметрів імпульсів генераторів.
5.7. Занести в протокол та проаналізувати одержані осцилограми, для випадку, коли fпр >fгар, Uпр < Uгар, б – для випадку, коли fпр < fгар, Uпр > Uгар.
6. Дослідити інтегратор на ОП:
6.1. Відкрити файл “Схема 11.4 msm” (рис. 11.4).
6.2. Перемикачі J1 та J2 перевести у верхнє положення.
6.3. Відкрити панель функціонального генератора, виставити режим формування прямокутних імпульсів і параметри сигналу: частота 500 Гц, шпаруватість 2 (50%), амплітуда 5 В.
6.4. Відкрити панель осцилографа, виставити режими для оптимального спостереження осцилограм вихідних сигналів: тривалість розгортки 1 мс/под, чутливість каналів „А” та „В”
5 В/под.
6.5. Увімкнути моделювання.
6.6. Занести в протокол осцилограми вхідних та вихідних сигналів для значень R=50 Ом, 500 Ом, 1 кОм .
Рис. 11.4. Схема віртуального лабораторного стенда для дослідження інтегратора та диференціатора
6.7. Перевести функціональний генератор в режим формування синусоїдального сигналу, зафіксувати фази вхідного та вихідного сигналів.
6.8. Вимкнути моделювання.
6.9. Проаналізувати одержані результати, зробити висновки.
Зміст звіту
Зміст повинен вміщувати:
1) мету лабораторної роботи;
2) схему вмикання ОП типу 140УД6;
3) принципову електричну схему лабораторних стендів для дослідження ОП;
4) паспортні дані ОП 140УД6;
5) результати експериментальних досліджень ОП, осцилограми вхідних та вихідних імпульсів ,АЧХ, тривалість зростання вихідної напруги без зворотнього та із зворотним зв’язком ;
6) висновки про роботу.
Контрольні питання
1. Сформулюйте основні параметри ідеалізованого ОП.
2. За яких умов коефіцієнт передачі за напругою визначається елементами зворотного зв`язку?
3. Як визначається коефіцієнт пригнічення синфазної завади?
4. Накресліть схему суматора, диференціатора та інтегратора на базі ОП.
5. Як визначається коефіцієнт передачі за напругою при інвертувальному та неінвертувальному вмиканнях ОП?
6. Якими параметрами вирізняються компаратори?
7. Як визначається швидкість зростання вихідної напруги?
8. На чому базується принцип віртуального замикання?
9. Перелічити та охарактеризувати основні складові каскади ОП.
10. При якому вмиканні ОП створюється повторювач напруги?
11. Чому на вході ОП використовують диференціальні підсилювачі?
12. Яким чином підвищують вхідний опір ОП?