1. Новые контрольные / Лабораторная работа-2

Факультет дистанционного обучения

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа № 2

УСИЛИТЕЛИ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СИГНАЛОВ

НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ.

По дисциплине «Аналоговая схемотехника»

выполнена по методике Шарапова А.В., Тановицкого Ю.Н. « Аналоговая схемотехника».

Томск-2003 г.

Вариант 7.

Выполнил:

студент ФДО ТУСУР

гр.: з-368-б

специальности ******

********* *.*.

** февраля 2011 г.

г. Урюпинск

2011г.

Цель работы: исследовать аналоговые узлы, построенные с использованием операционных усилителей (УПТ, интегратор, ограничители, генератор напряжения прямоугольной и треугольной формы).

Программа работы

1. Собираем схему неинвертирующего УПТ на идеальном операционном усилителе (рис. 1.1). На вход каскада подаем синусоидальный сигнал амплитудой 0,5 В и частотой 1кГц. Оценим коэффициент усиления по напряжению и сравнить с расчетным значением.

Рисунок 1.1 – Неинвертирующий УПТ.

Рисунок 1.2 – Осциллограмма при входном сигнале 0,5 В.

Экспериментальные данные: ,

.

Расчетные данные:

Увеличим амплитуду U_вх до 2 В.

Рисунок 1.3 – Осциллограмма при входном сигнале 2В.

Ограничение при входном сигнале 2В происходит по уровню напряжения питания операционного усилителя.

Снимем логарифмическую амплитудно-частотную характеристику и оценим верхнюю рабочую частоту усилителя. Коэффициент усиления не меняется на всех частотах.

Рисунок 1.4 – Амплитудно-частотная характеристика.

2. Собираем схему интегратора на идеальном ОУ (рис. 2.1). Анализируем осциллограмму U_вых при подаче на вход симметричных разно-полярных прямоугольных импульсов с амплитудой 1 В и частотой 500 Гц.

Рисунок 2.1 – Интегратор

Рисунок 2.2 – Осциллограмма разно-полярных прямоугольных импульсов.

На выходе интегратора наблюдаем пилообразное напряжение, имеющее частоту входного сигнала и наклон , где – амплитуда ступеньки, подаваемой на вход, – постоянная времени.

Исследуем переходный процесс при подаче на вход интегратора однополярных импульсных сигналов.

Рисунок 2.3 – Осциллограмма однополярных импульсных сигналов.

При подаче однополярных сигналов напряжение на конденсаторе линейно нарастает, пока ОУ не переходит в насыщение.

3. Анализируем диаграммы выходных напряжений при подаче синусоидальных сигналов амплитудой 5В на входы каскадов, изображенных на рис. 3.1 и рис. 3.3.

Рисунок 3.1– ОУ с инвертирующим включением.

Рисунок 3.2– Осциллограмма сигналов инвертирующего ОУ.

На Рис.3.1 приведена схема ОУ с инвертирующим включением . При поступлении положительной полуволны сигнала(Рис.3.2) на выходе получаем инвертированный сигнал, открывшийся диод ( стремится к нулю) ограничивает сигнал на входе - выходное напряжение близко к нулю. При поступлении отрицательной полуволны сигнала на выходе получаем инвертированный сигнал, диод закрывается ( стремится к бесконечности) наступает насыщение операционного усилителя - выходное напряжение близко к положительному напряжению питания ОУ.

Рисунок 3.3– ОУ с неинвертирующим включением.

Рисунок 3.4– Осциллограмма сигналов неинвертирующего ОУ.

На Рис.3.3 приведена схема ОУ с неинвертирующим включением . При поступлении положительной полуволны сигнала на выходе получаем неинвертированный сигнал(Рис.3.4), закрытый диод (стремится к бесконечности) приводит к насыщению операционного усилителя. При поступлении отрицательной полуволны сигнала на выходе получаем неинвертированный сигнал, диод открывается (стремится к нулю) ограничивая сигнал на входе.

Повторим эксперимент, изменив полярность включения диода.

При изменении полярности диодов в схемах Рис.3-1. и Рис.3-3 получаем противоположные по отношению к предыдущим экспериментам результаты. Осциллограммы приведены на Рис.3.5. и Рис.3.6.

Рисунок 3.5– Осциллограмма сигналов инвертирующего ОУ.

Рисунок 3.6– Осциллограмма сигналов неинвертирующего ОУ.

4. Соберем и испытаем генератор напряжений треугольной и прямоугольной формы (рис. 4.1).

Рисунок 4.1– Генератор напряжений треугольной и прямоугольной формы

Рисунок 4.2– Осциллограмма напряжений треугольной и прямоугольной формы.

Оценим частоту и амплитуду генерируемых колебаний. На выходе мы получили пилообразный сигнал амплитудой равной 7,59В. На выходе , мы получили прямоугольные импульсы амплитудой равной напряжению питания операционного усилителя 15В, период генерируемых колебаний 0,01594с.

Операционный усилитель переключается с В к В всякий раз, когда напряжение на неинвертирующем входе, изменяющееся за счет работы интегратора , переходит нулевое значение.

Расчетная амплитуда на выходе - В, период генерируемых колебаний .

Временные диаграммы и приведены на рис.4.2. На левом операционном усилителе – компаратор, на правом – интегратор.

Почему схема не возбуждается на идеальных операционных усилителях при U_см = Е1=0?

Выходное напряжение при ,

Поэтому схема возбуждаться не будет.

5. Контрольные вопросы:

1) каким путем можно уменьшить ошибку сдвига и дрейфа нулевого уровня УПТ за счет влияния входных токов реального ОУ.

С целью снижения дрейфа нуля в УПТ используются:

а) глубокие ООС;

б) термокомпенсирующие элементы;

с) преобразование постоянного тока в переменный, его усиление и последующее детектирование;

д) построение УПТ по балансной схеме.

2) как оценить верхнюю рабочую частоту на уровне М_в=3 дБ усилителя постоянного тока, собранного по схеме рис. 7.1.

Верхняя граничная частота полосы пропускания УПТ на уровне 3 дБ для усилителя постоянного тока, собранного по схеме рис. 7.1, определяется соотношением .

3) назовите достоинства и недостатки неинвертирующего УПТ по сравнению с инвертирующим.

Достоинство неинвертирующего УПТ – большое входное сопротивление, недостаток по сравнению с инвертирующим – дополнительная погрешность сдвига за счет синфазного сигнала на входе ОУ: .

4) какие требования предъявляются к резисторам измерительных усилителей, выполненных на ОУ.

Требования, предъявляемые к резисторам измерительных усилителей, выполненных на ОУ – одинаковый температурный коэффициент сопротивления.

5) каким путем устраняется ошибка сдвига напряжения на выходе ОУ?

С помощью балансировки нуля при комнатной температуре погрешность сдвига можно скорректировать до нуля.