Контрольные вопросы и задания
1. Чем отличается ОУ от усилителей других типов?
2. По каким формулам определяют коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ?
3. Как выглядит амплитудная характеристика инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ?
4. Какой вид обратной связи применен в инвертирующем усилителе?
5. Какой вид обратной связи применен в неинвертирующем усилителе?
6. Каковы входные и выходные сопротивления инвертирующего усилителя на ОУ?
7. Каковы входные и выходные сопротивления неинвертирующего усилителя на ОУ?
8. Каково назначение компаратора?
9. Что такое синфазное напряжение на входах ОУ?
10. Назовите линейные схемы с применением ОУ.
11. Что такое «балансировка нуля»?
12. Перечислите параметры ОУ.
13. Для чего вводят в ОУ внешние корректирующие RC-цепи?
14. Что такое напряжение смещения?
15. Назовите, из каких каскадов состоит ОУ. Их назначение.
16. Как определяется коэффициент усиления ОУ?
Лабораторная работа №6 «Исследование интегратора, дифференциатора и мультивибратора на базе операционного усилителя»
Целью работы является ознакомление со свойствами операционных усилителей (ОУ) при наличии различных видов обратной связи; снятие характеристик и расчет параметров ОУ при различных схемах включения ОУ: интегратора, дифференциатора и мультивибратора.
I. Задание по выполнению лабораторной работы
1. Ознакомиться с лабораторным оборудованием.
2. Исследовать интегратор на базе ОУ.
3. Исследовать дифференциатор на базе ОУ.
4. Исследовать мультивибратор на базе ОУ.
Внимание!!!
Подавать напряжение на любую из собранных схем можно только после ее проверки преподавателем.
II. Методические указания к лабораторной работе
К пункту 1
Описание лабораторного оборудования
Стенд состоит из модулей «Питание», «Наборное поле с генераторами напряжений», «Мультиметры» и мини-модулей.
1.1. Модуль «Питание» предназначен для питания модулей «Наборное поле» и «Мультиметры», а также внешнего дополнительного измерительного прибора – двухканального осциллографа (подключается к розетке).
Для подачи напряжения питания модуля следует включить двухполюсный автоматический выключатель и устройство защитного отключения.
Наличие питания индицируется лампой «Сеть».
1.2. Модуль «Мультиметры» состоит из двух мультиметров. Для включения модуля следует перевести тумблер «Вкл.» в верхнее положение.
Необходимый диапазон измерений и род тока и напряжения устанавливается вращением поворотного переключателя мультиметра.
1.3. Модуль «Наборное поле» имеет гнезда для установки мини-модулей и сборки исследуемых схем. Для включения модуля следует перевести тумблер «Вкл.» в верхнее положение (расположен в левом нижнем углу модуля).
1.3.1. Поле «Функциональный генератор» содержит генератор сигналов специальной формы – синусоидальной, прямоугольной и др. с частотой от 10 Гц до 100 кГц и амплитудой 12 В. Подача выбранного сигнала производится на гнезда «Выход» функционального поля «Функциональный генератор». Изменение частоты производится с помощью двух органов управления:
кнопкой «Диапазон» могут выбираться 4 поддиапазона частот – 10–100 Гц, 100 Гц–1 кГц, 1–10 кГц, 10–100 кГц. Однократное нажатие кнопки «Диапазон» повышает на один порядок диапазон изменяемых частот, при достижении верхнего разряда при последующем нажатии кнопки «Диапазон» возвращает счетчик в исходное положение 10–100 Гц. Выбранный диапазон индицируется светодиодом;
потенциометр «Частота», с помощью которого производится плавное регулирование частоты внутри выбранного диапазона частот с помощью кнопки «Диапазон».
Изменение амплитуды производится с помощью потенциометра «Амплитуда».
Выбор формы сигнала производится с помощью кнопки «Форма». Выбранная форма сигнала индицируется светодиодом.
В момент включения блока возможна подсветка нескольких светодиодов индикации выбранной частоты или формы сигнала либо ее отсутствие (индикации), что не является неисправностью. При возникновении данной ситуации следует однократно нажать на кнопку «Форма» либо «Диапазон».
1.3.2. Поле «Источники постоянного напряжения 15 В» имеет два источника постоянного напряжения 15 В, изолированных от сети и друг от друга с защитой от перегрузки свыше 200 мА и короткого замыкания.
Рекомендуемая установка мини-модуля операционного усилителя типа 140УД608 показана на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Способ установки мини-модуля на наборном поле
Внимание!!! На рис. 6.1 тонкими линиями показана мнемосхема, нанесенная на переднюю панель модуля в виде квадратов. В узлах квадратов находятся гнезда, электрически соединенные между собой. Поэтому элементы типа резистор и конденсатор устанавливаются в два гнезда, не соединенные линиями.
Подключение питания на мини-модуль «Операционный усилитель» выполняется соединительными проводами, причем «+» питания подключается сверху (красная полоска на лицевой стороне мини-модуля), а «–» питания подключается снизу (синяя полоска на корпусе мини-модуля). Значение напряжения питания микросхемы отображено на лицевой стороне мини-модуля. Подключение питания может выполняться как с левой стороны мини-модуля, так и с правой, т. к. между штырями питания одной полярности установлена перемычка внутри корпуса.
Вся коммутация в таких мини-модулях выполняется на лицевой стороне с помощью специальных проводов с узкими контактами прямоугольного сечения.
В лабораторной работе используются функциональный генератор, мультиметры, источники постоянного напряжения 15 В, наборное поле и мини-модули:
операционный усилитель 140УД608;
конденсатор емкостью 1 мкФ;
резисторы сопротивлением 1 кОм; 4,7 кОм;
переменный резистор сопротивлением 1 кОм.
Рекомендуемое дополнительное измерительное оборудование – двухканальный осциллограф.
Вариант размещения мини-модулей представлен на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Вариант размещения мини-модулей
К пункту 2
2.1. Исследуйте интегратор, собранный по схеме на рис. 6.3.
На наборном поле с помощью мини-модулей и соединительных проводов соберите схему интегратора, изображенную на рис. 6.3.
На усилитель подайте двухполярное питание. Для этого соедините два источника питания +15 В последовательно, при этом средняя точка будет общей «землей», а крайние два гнезда соответствуют напряжениям −15 В и +15 В соответственно.
Установите диапазон измерений: PV1~ 20 В и PV2~ 20 В.
Рис. 6.3. Схема интегратора на базе ОУ
Обратите внимание на то, что на лицевой стороне корпуса мини-модуля 140УД608 обозначен неинвертирующий вход знаком «+» и под ним – инвертирующий знаком «–». На схеме (см. рис. 5.3) в обозначении ОУ 140УД608 приняты другие обозначения входов:
- первый вход – инвертирующий со знаком (соответствует знаку «–» на корпусе);
- второй вход – неинвертирующий со знаком (соответствует знаку «+» на корпусе ОУ).
Подключите функциональный генератор и установите нажатием кнопки синусоидальную форму сигнала амплитудой 3 В. Данный сигнал является входным для интегратора, амплитуду которого следует поддерживать неизменной в процессе измерений.
2.2. Снимите амплитудно-частотную характеристику Uвых = F(f). Для этого, изменяя частоту от 50 Гц до 3 кГц, измеряйте Uвых и затем произведите расчет коэффициента усиления K.
Занесите результаты измерений в табл. 6.1. По табличным данным постройте зависимость Uвых = F(f).
Таблица 6.1. Данные для построения зависимости Uвых = F(f)
f |
50 Гц |
500 Гц |
1 кГц |
2 кГц |
3 кГц |
Uвых, В |
|
|
|
|
|
2.3. Включите и настройте осциллограф. Для наблюдения осциллограмм входного и выходного напряжений используйте гнезда XS1, XS2 и XS3, XS4 соответственно.
Перенесите осциллограммы входного и выходного напряжений сигналов на график и убедитесь, что интегратор действительно интегрирует сигнал в соответствии с формулой
К пункту 3
3.1. Исследуйте дифференциатор, собранный по схеме на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Схема дифференциатора на ОУ
На наборном поле с помощью мини-модулей и соединительных проводов соберите схему дифференциатора, изображенную на рис. 6.4. На усилитель подайте двухполярное питание (см. п. 2.1). Подключите функциональный генератор и установите нажатием кнопки синусоидальную форму сигнала амплитудой 3 В. Данный сигнал является входным для дифференциатора, амплитуду которого следует поддерживать неизменным в процессе измерений.
3.2. Снимите амплитудно-частотную характеристику Uвых = F(f). Для этого, изменяя частоту от 3 до 50 кГц, измеряйте Uвых и затем произведите расчет коэффициента усиления K.
Занесите результаты измерений в табл. 6.2. По табличным данным постройте зависимость Uвых = F(f).
Таблица 6.2. Данные для построения зависимости Uвых = F(f)
f, кГц |
3 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
Uвых, В |
|
|
|
|
|
|
3.3. Включите и настройте осциллограф. Для наблюдения осциллограмм входного и выходного напряжений используйте гнезда XS1, XS2 и XS3, XS4 соответственно.
Перенесите осциллограммы входного и выходного напряжений на график.
К пункту 4
4.1. Исследуйте мультивибратор.
На наборном поле с помощью мини-модулей и соединительных проводов соберите схему мультивибратора, изображенную на рис. 6.5.
Рис. 6.5. Схема мультивибратора на ОУ
На усилитель подайте двухполярное питание (см. п. 2.1). Для этого соедините два источника питания +15 В последовательно, при этом средняя точка будет общей «землей», а крайние два гнезда соответствуют напряжениям −15 В и +15 В соответственно.
4.2. Исследуйте автоколебательный режим работы мультивибратора. Для этого выполните следующие действия:
- включите и настройте осциллограф;
- подсоедините оба канала осциллографа к гнездам XS1, XS3 и XS2, XS3 для наблюдения напряжения на конденсаторе и выходного напряжения соответственно;
- вращением ручки потенциометра R3 изменяйте опорное напряжение и наблюдайте изменение выходного напряжения на экране осциллографа.
Примечание. Черные провода шнуров осциллографа соедините в одной точке в нижнем ряду объединенных гнезд наборного поля.
4.3. Зарисуйте осциллограммы напряжений, располагая их на листе бумаги одна под другой.
4.4. При помощи осциллографа произведите измерение частоты и определите амплитуду выходного напряжения.