3 Практическая часть

3.1 Описание лабораторной установки

В состав лабораторной установки входят: стенд с операционным усилителем К553УД2 и навесными элементами (рисунок 5.8), блок питания на напряжение ±15В, генератор низкочастотный, осциллограф универсальный, кабели и соединительные провода.

Рисунок 5.8 – Расположение элементов на стенде

Операционный усилитель К553УД2 имеет следующие параметры:

• напряжение источника питания ^U_ÈÏ 1 = 15±1,5 В;

• напряжение источника питания U_{ÈÏ 2} = – 15±1,5 В;

• входной ток ^I_âõ ≤ 0,5 мкА;

• выходное напряжение положительного уровня ^U_âûõ^{(  )}=10 В;

• выходное напряжение отрицательного уровня ^U_âûõ^{( )}= – 10 В;

• коэффициент усиления напряжения K =2·10⁴; – входное сопротивление R_âõ=300 кОм; – выходное сопротивление ^R_âûõ =300 Ом.

3.2 Порядок выполнения работы

1. Используя перемычки, соберите на стенде схему инвертирующего усилителя.

2. Подключите источник постоянного напряжения к гнездам +U_ИП, – U_ИП, а также к точке нулевого потенциала («земле», «приборной земле», «корпусу», «массе») стенда, соблюдая полярность.

3. Включите генератор, переведите его в режим синусоидального сигнала, установите частоту генератора f = 1 кГц и подключите его кабель к гнездам X1 и X2.

4. Включите осциллограф, отрегулируйте его, подключите кабель первого канала осциллографа к гнездам X3 и X4, а кабель второго канала – к гнездам X5 и X6.

5. Установите на выходе генератора амплитуду сигнала 0,5В. Измерьте амплитуду выходного сигнала и зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений.

6. По экспериментальным данным рассчитайте коэффициент усиления напряжения усилителя и сравните его с теоретическим прогнозом.

7. Используя перемычки, соберите на стенде схему дифференциатора.

8. Оставьте генератор в режиме синусоидального сигнала и установите амплитуду сигнала на выходе генератора 0,5В, а частоту – f =

200 Гц.

9. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений.

10. Рассчитайте напряжение на выходе дифференциатора и постройте графики входного и выходного напряжений. Сопоставьте осциллограммы, полученные экспериментально, с теоретическим расчетом.

11. Используя перемычки, соберите на стенде схему интегратора.

12. Переведите генератор в режим прямоугольных импульсов и установите амплитуду импульсов 1В, а частоту генератора – f = 1 кГц.

13. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений.

14. Рассчитайте напряжение на выходе интегратора и постройте графики входного и выходного напряжений. Сопоставьте осциллограммы, полученные экспериментально, с теоретическим расчетом.

4 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называют операционным усилителем?

2. Какими свойствами обладает идеальный операционный усилитель?

3. Какой имеет вид и как рассчитывается схема инвертирующего усилителя на основе ОУ?

4. Какой имеет вид и как рассчитывается схема дифференциатора на основе ОУ?

5. Какой имеет вид и как рассчитывается схема интегратора на основе ОУ?

Лабораторная работа 6 схемы на основе операционного усилителя с положительной обратной связью

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Научиться рассчитывать и собирать схемы на основе операционного усилителя: триггер Шмитта и мультивибратор.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Триггер Шмитта

Триггер Шмитта – это устройство с одним входом и одним выходом, имеющее два устойчивых состояния, которые изменяются на противоположные при превышении входным сигналом верхнего заданного уровня либо при снижении сигнала ниже нижнего заданного уровня.

Рассмотрим работу триггера Шмитта, созданного на основе операционного усилителя с последовательной положительной обратной связью по напряжению (рисунок 6.1). Положительная обратная связь реализована с помощью резисторов ^R₁ и ^R₂ .

Рисунок 6.1 – Схема триггера Шмитта

Проанализируем работу схемы. Выходное напряжение схемы ^u₂ может принимать одно из двух значений: ^U_max или ^U _min. Пусть, например, в данный момент ^u₂ ^U_max , тогда на неинвертирующем входе будет положительное напряжение ^u_îñ^ :

^ U_{max } R² . (6.1)

u_îñ 

R1  R2

Пока на инвертирующем входе напряжение ^u₁ ^u_îñ^ триггер находится в устойчивом состоянии, и ^u₂ ^U_max .

Если напряжение на инвертирующем входе превысит пороговое значение ^u_îñ^ , то триггер «опрокидывается», т.е. переходит в противоположное состояние, когда напряжение на выходе ^u₂ ^U_min . Это приводит к тому, что напряжение обратной связи на неинвертирующем входе также изменится и примет значение ^u_îñ^ .

^ U_{min } R² . (6.2)

u_îñ 

R1  R2

Таким образом, порог срабатывания станет другим: ^u_îñ^ ^u_îñ^ .

Пока на инвертирующем входе напряжение ^u₁ ^u_îñ^ триггер находится в устойчивом состоянии, и ^u₂ ^U_min . Как только напряжение на инвертирующем входе опустится ниже порогового значения ^u_îñ^ , триггер вновь опрокидывается, а напряжение на его выходе становится равным максимальному значению: ^u₂ ^U_max. Зависимость выходного напряжения от входного имеет вид петли гистерезиса и показана на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Зависимость выходного напряжения от входного