Содержание, форма и правила оформления отчета по лабораторной работе
Аналогично лабораторной работы №1.
Вопросы для защиты работы:
1. Сравните между собой величины входного и выходного сопротивлений ОУ. Какова схема замещения ОУ как элемента электрической цепи?
2. Отличается ли экспериментальное значение скорости нарастания выходного напряжения от номинального значения?
3. В чем причина возникновения входных токов ОУ и разницы входных токов? К чему они приводят при работе схем на ОУ?
4 Как рассчитать коэффициент усиления для схем 11_005 и 11_006 ?
5. Как измерить разность фаз между входными и выходными напряжениями в схемах 11_005 и 11_006 ?
6. Сколько процентов от амплитуды выходного напряжения составляет постоянная составляющая в выходном напряжении?
7. Какие параметры схемы 11_006 влияют на ее коэффициент усиления?
Лабораторная работа 6 Компараторы, сумматоры, дифференцирующие и интегрирующие схемы (4 ч)
Цель работы: Формирование у студента компетенции ПК-10, ПК-19. В связи с этим выполняются следующие задачи:
1. Исследование схем детекторов нулевого уровня.
2. Исследование схем детекторов ненулевого уровня.
3. Анализ работы схемы суммирующего усилителя на ОУ.
4. Исследование суммирования двух переменных входных напряжений.
5. Исследование схемы интегратора на ОУ.
6. Исследование схемы дифференциатора на ОУ.
Теоретическое обоснование
Функциональное назначение компаратора заключается в изменении состояния выхода при переходе входным напряжением некоторого порогового значения. В качестве компаратора может применяться ОУ. Использование разных входов ОУ для подачи входного сигнала позволяет реализовать фиксацию уровня входного напряжения положительным или отрицательным переходом напряжения на выходе компаратора.
На характеристиках «выход – вход» по вертикальной оси откладывается выходное напряжение, по горизонтальной оси – входное. Наклон характеристик вызван конечной скоростью нарастания выходного напряжения. Пороговый уровень входного напряжения задается величиной напряжения смещения, подаваемого на инвертирующий вход ОУ. Напряжение смещения может задаваться стабилитроном. Для идеального ОУ, имеющего одинаковые напряжения ограничения, положительное значение входного порогового напряжения может быть вычислено по формуле:
. (6.1)
Отрицательное значение входного порогового напряжения определяется выражением:
, (6.2)
где Е – напряжение ограничения ОУ.
В характеристике «вход – выход» сигнал с канала, подключенного к выходу схемы, откладывается по горизонтальной оси, а сигнал с канала, подключенного к входу схемы – по горизонтальной оси.
Динамику переключения выходного напряжения схемы можно проследить по осциллограммам входного и выходного напряжения. При снятии этой характеристики на вход схемы подается синусоидальное напряжение и двулучевым осциллографом фиксируется входное и выходное напряжение.
В суммирующем усилителе выполняются следующие соотношения:
. (6.3)
Из этих соотношений можно получить следующее выражение для выходного напряжения:
. (6.4)
Последнее
выражение справедливо при
.
На
основе ОУ можно построить почти идеальные
интеграторы. Выходное напряжение
интегратора связано с входным напряжением
следующими соотношениями:
, (6.5)
. (6.6)
Недостатком ОУ является дрейф выходного напряжения, обусловленный напряжением смещения и входными токами ОУ. Это явление можно устранить, если к конденсатору С подключить резистор с большим сопротивлением, обеспечивающий стабилизацию рабочей точки за счет обратной связи по постоянному току. Резистор обратной связи предотвращает также насыщение ОУ после заряда конденсатора, когда ток через конденсатор станет равным нулю. Выходное напряжение этой схемы при подаче на нее скачка входного напряжения амплитудой изменяется в соответствии с выражением:
. (6.7)
На
начальном интервале переходного процесса
при
изменение выходного напряжения
будет достаточно близко к линейному, и
скорость его изменения может быть
вычислена из выражения:
. (6.8)
Для схемы дифференциатора выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала и вычисляется по формуле:
. (6.9)