Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра электронных вычислительных машин

Факультет компьютерных систем и сетей

Отчет по лабораторной работе №1

Тема: «Исследование схем на основе операционного усилителя»

Проверил:

к.т.н., доцент Селезнев И.Л.

Минск

2020

Исследование работы логических элементов

1.Цель работы: Ознакомиться с характеристиками операционного усилителя, принципами построения схем преобразования аналоговых сигналов на основе операционного усилителя, исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителей на основе операционного усилителя, исследование схем интегрирования и дифференцирования аналоговых сигналов.

2.Исходные данные:

В состав лабораторного стенда входят:

1. базовый лабораторный стенд

2. лабораторный модуль Lab6А для исследования схем на основе операционного усилителя.

3.Задание на выполнение работы:

1. Установить лабораторный модуль Lab6А на макетную плату лабораторной станции NI ELVIS.

2. Загрузить и запустить программу Lab-6А.vi.

3. Нажать кнопку «Начать работу». На экране появится изображение ВП, необходимое для выполнения заданий.

4.Теоретические сведения:

Операционный усилитель (ОУ) – это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления напряжения и обеспечивающий выполнение различных операций по преобразованию аналоговых электрических сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.д. Возможность выполнения этих операций ОУ является наличием цепей положительной и /или отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости, индуктивности, диоды, стабилитроны, транзисторы и некоторые другие электронные элементы.

Рисунок 4.1. Условное обозначение ОУ

Типовой операционный усилитель представляет собой дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления.

Идеальный операционный усилитель обладает следующими свойствами:

1.Коэффициент передачи ОУ без обратной связи равен бесконечности;

2.входной ток равен нулю;

3.напряжение смещения и ток смещения нуля на выходе ОУ равны нулю;

4.входное сопротивление ОУ равно бесконечности;

5.выходное сопротивление равно нулю

Рисунок 4.2. Принципиальная схема инвертирующего усилителя на основе ОУ

Неинвертирующий усилитель можно получить путем заземления входного сопротивления R1 в схеме инвертирующего усилителя. При этом входной сигнал должен подаваться на неинвертирующий вход.

Рисунок 4.3. Принципиальная схема неинвертирующего усилителя на основе ОУ

Для идеального ОУ входное дифференциальное напряжение U равно нулю, следовательно U_вх=U.

Операционный усилитель, используемый в неинвертирующей схеме может являться буфером между схемами на входе и на выходе.

Особым случаем является случай когда Roc=0 , а резистор R1 во входной цепи отсутствует. Такая схема называется повторителем напряжения, т.к. коэффициент усиления по напряжению для нее равен 1.

Рисунок 4.4. Принципиальная схема повторителя напряжения на ОУ

Дифференциальная схема на основе ОУ обеспечивает усиление сигналов на каждом из дифференциальных входов в Roc/R1 раз.

U_вых=(R_oc/R₁)(U₂-U₁)

Рисунок 4.5. Принципиальная схема дифференциального усилителя на основе ОУ

Суммирующая схема на основе ОУ это модификация инвертирующей схемы для двух или более входных сигналов. Каждое входное напряжение Ui подается на инвертирующий вход через соответствующий резистор Ri.

U_вых = -R_oc(U₁/R₁)-R_oc(U₂/R₂)

если R1=R2=R, то уравнение для схемы сумматора имеет вид:

U_вых = -R_oc/R(U₁+U₂)

Рисунок 4.6. Принципиальная схема сумматора на основе ОУ

Схема интегратора на основе ОУ получается путем замены в инвертирующей схеме резистора обратной связи на конденсатор. Значение напряжения на выходе интегратора пропорционально интегралу от входного напряжения, а масштабный коэффициент равен 1/R₁C_oc и имеет размерность сек^-1.

Uвых =

Входное напряжение будет нарастать линейно с указанной скоростью до тех пор, пока ОУ не перейдет в режим насыщения.

Рисунок 4.7. Принципиальная схема интегратора на основе ОУ.

Дифференцирующая схема на основе ОУ напоминает интегратор, у которого изменены места подключения резистора и конденсатора.

U_вых = -R_ос*С₁*dU_вх/dt

Выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.

Рисунок 4.8. Принципиальная схема дифференцирующего устройства на основе ОУ