Безбородов С. А

Лабораторная работа № 4

Инвертирующий сумматор формирует алгебраическую сумму двух напряжений и меняет ее знак на обратный. В схеме входные сопротивления имеют ту же величину, что и сопротивление обратной связи. Если Rвх ОУ достаточно велико и ток смещения пренебрежимо мал по сравнению с током обратной связи (именно так обычно и бывает), то по закону Кирхгофа: I1 + I2 = Iос.

Рис. 6. Инвертирующий сумматор

Если теперь коэффициент усиления без обратной связи тоже достаточно велик, так что Uд = 0 (для операционных усилителей, которые используются в суммирующих схемах,

( )

Задание на лабораторную работу:

1.Собрать на беспаечной макетной плате схему по рис. 6, согласно варианта

2.Подключить генератор частот к Uвх1 и Uвх2

3.Подключить осциллограф к Uвых

4.Снять осциллограммы и занести их в протокол

5.Занести в протокол значение амплитуды выходного сигнала

6.Провести теоретические расчёты значения выходного значения и сравнить с реальными

7.Написать выводы

коэффициент усиления, используя теоретические и экспериментальные данные.

12

Таблица 4

Варианты заданий

Напряжение питания схемы ±10 В, частота входного сигнала 1 кГц синусоидальной формы.

Контрольные вопросы:

1.Какой знак будет иметь выходное напряжение инвертирующего усилителя, если на вход подано отрицательное напряжение?

2.Что такое амплитудная и амплитудно-частотная характеристики усилителя?

3.Выведите формулу расчета выходного напряжения для инвертирующего сумматора.

4.Как определить полосу пропускания усилителя?

13

Лабораторная работа № 5

Для получения логарифмической характеристики усилителя необходимо устройство с логарифмической характеристикой включить в цепь обратной связи. Устройством, обладающим такой характеристикой, является полупроводниковый р-n-переход. Известно, что ток через полупроводниковый диод равен:

где I0 – ток утечки при небольшом обратном смещении (тепловой ток, возникающий вследствие тепловой генерации пар электрон-дырка);

q – заряд электрона (1,6 10-19 − Кл); UД – напряжение на диоде;

k – постоянная Больцмана (1,38 10-23 Дж/К); Т – абсолютная температура в кельвинах.

Аналогично можно записать выражение для коллекторного тока транзистора с общей

базой:

,

где UБЭ – напряжение эмиттер-база;

IЭО – ток перехода эмиттербаза при небольшом обратном смещении и закороченных выводах коллектора и базы.

Рис. 7. Логарифмический усилитель с транзистором в качестве нелинейного элемента

Для получения большего диапазона входного напряжения можно использовать в качестве логарифмического элемента в цепи обратной связи транзистор, включенный по схеме с общей базой, как показано на рис. 7. Учитывая, что IK = -IR1 и решая уравнение

относительно UБЭ, получим:

14

Выходное напряжение схемы, приведенной на рис. 7, будет отрицательным при положительном входном напряжении. При использовании p-n-p транзистора можно получить положительное выходное напряжение при отрицательном входном.

Задание на лабораторную работу:

1.Собрать на беспаечной макетной плате схему по рис. 7, согласно варианта

2.Подключить генератор частот к Uвх

3.Подключить осциллограф к Uвых

4.Снять осциллограммы и занести их в протокол

5.Занести в протокол значение амплитуды выходного сигнала

6.Провести теоретические расчёты значения выходного значения и сравнить с реальными

7.Написать выводы

Цель работы – изучить принцип работы логарифмического усилителя, построить схему на макетной плате, снять изменение сигнала с помощью осциллографа.

Таблица 5

Варианты заданий

Напряжение питания схемы ±10 В, частота входного сигнала 1 кГц синусоидальной формы.

Контрольные вопросы:

1.Выведите формулу расчета выходного напряжения для логарифмического усилителя.

2.Как снять амплитудную характеристику инвертирующего усилителя при помощи осциллографа?

3.Какие напряжения являются синфазными?

4.Какими параметрами оцениваются частотные свойства усилителей?

15

Лабораторная работа № 6

Интегрирование можно представлять себе как определение площади под кривой. Поскольку интегратор на операционном усилителе производит действия над напряжениями в течение некоторого периода времени, результат его работы можно интерпретировать как сумму напряжений за некоторое время. Схема интегратора на операционном усилителе приведена на рис. 8.

Рис. 8. Интегратор на операционном усилителе

Емкость С определяется как C = Q/U, где Q – электрический заряд, U – напряжение. Отсюда следует, что Q = СU и изменение заряда за единицу времени, т. е. ток через конденсатор, равно

.

Если операционный усилитель близок к идеальному с Iсм ≈ 0 и А → ∞, что Uд ≈ 0,

то IR = IC.

Из соотношения получаем:

.

Ввиду того, что Uд ≈ 0 и UС = -Uвых, можно написать:

.

Разрешая это выражение относительно dUвых находим:

16

интегрируя его, получаем:

Пределами интегрирования в этом уравнении являются моменты времени t1 и t2, т. е. начало и конец интервала времени наблюдения сигнала.

Задание на лабораторную работу:

1.Собрать на беспаечной макетной плате схему по рис. 8, согласно заданию

2.Подключить генератор частот к Uвх

3.Подключить осциллограф к Uвых

4.Снять осциллограммы и занести их в протокол

5.Занести в протокол значение амплитуды выходного сигнала

6.Провести теоретические расчёты значения выходного значения и сравнить с реальными

7.Написать выводы

Задание

а) Если R1 = 0,5 МОм, С = 0,2 мкФ и Uвх = 1 В, то чему будет равно Uвых через 5 мс после момента t0?

б) Как будет выглядеть сигнал на выходе интегратора, если на его вход подать ступенчатый сигнал, форма которого показана на рис. 9.

Рис. 9. Задание входного сигнала

Контрольные вопросы:

1.Как получить на выходе интегрирующего усилителя пилообразное напряжение?

2.Как определяется постоянная времени интегрирования?

3.Какое соотношение должно быть между длительностью импульса, поступающего на вход интегрирующего усилителя, и постоянной времени интегрирования для того, чтобы на выходе избежать ошибки интегрирования?

4.Для чего в схему дифференциального усилителя вводится генератор стабильного

тока?

17

Лабораторная работа № 7

Компаратор – это сравнивающее устройство. Аналоговый компаратор предназначен для сравнения непрерывно изменяющихся сигналов. Входные аналоговые сигналы компаратора суть Uвх – анализируемый сигнал и Uоп – опорный сигнал сравнения, а выходной Uвых – дискретный или логический сигнал, содержащий 1 бит информации.

Выходной сигнал компаратора почти всегда действует на входы логических цепей и потому согласуется по уровню и мощности с их входами. Таким образом, компаратор – это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.

Цель работы – изучить принцип работы аналогового компаратора, построить схему на макетной плате.

Рис. 10. Схема компаратора на ОУ

Задание на лабораторную работу:

1.Собрать на беспаечной макетной плате схему по рис. 10, согласно заданию на схеме

2.Подключить источник питания постоянного напряжения в качестве входного напряжения

3.Меняя положение переменного резистора R3 убедиться, что светодиод загорается

игаснет при обратном вращении резистора R3

4.Написать выводы

Контрольные вопросы:

1.Назовите основные параметры компаратора, определяющие его свойства.

2.С какой целью в компараторе применяется положительная обратная связь?

3.Какими параметрами оцениваются частотные свойства усилителей?

4.Дайте определение идеального ОУ.

18

Лабораторная работа № 8

NE555 – аналоговая интегральная микросхема, универсальный таймер – устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Применяется для построения различных генераторов, модуляторов, реле времени, пороговых устройств и прочих узлов электронной аппаратуры. В качестве примеров применения микросхемы-таймера можно указать функции восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтры дребезга, двухпозиционные регуляторы в системах автоматического регулирования, импульсные преобразователи электроэнергии, устройства широтно-импульсного регулирования, таймеры и др.

В данной работе рассмотрим построение генератора на этой микросхеме. Как написано выше, микросхема формирует повторяющиеся импульсы со стабильными временными характеристиками, нам это и нужно.

Схема включения в астабильном режиме (рис. 11).

Рис. 11. Генератор сигнала на NE555

Расчетная формула частоты импульсов:

.

Цель работы – изучить принцип работы генератор прямоугольных сигналов на основе микросхемы NE555, в состав которого входит ОУ; провести экспериментальные расчеты.

Задание на лабораторную работу:

1. Собрать на беспаечной макетной плате схему по рис. 11, согласно заданию

19

2.Подключить источник питания постоянного напряжения в качестве входного напряжения

3.Снять осциллограмму на выходе

4.Провести теоретические расчеты и сравнить с реальными

5.Написать выводы

Задание: R1 = 4 кОм; R2 = 68 кОм; C = 0,1 мкФ.

Контрольные вопросы:

1.Опишите принцип построения генератора сигнала на ОУ.

2.Что такое автоколебательный генератор импульсов?

3.Каковы основные функциональные узлы ОУ?

4.Для чего применяется двухполярный источник питания?

20

Лабораторная работа № 9

Стабилитрон широко используется практически во всех стабилизаторах напряжения, так как имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, что позволяет при широком изменении тока нагрузки практически оставаться стабильным выходному напряжению. Схема стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона в качестве источника опорного напряжения показана на рис. 12.

Рис. 12. Источник стабильного напряжения на ОУ

Формула расчета сопротивления:

R1 = (Uвых – Uст)/Iст; Uст ≤ 0,7Uвх.

Цель работы – изучить принцип работы стабилитрона в качестве источника опорного напряжения; отследить изменение выходного напряжения при изменении напряжения на блоке питания; провести экспериментальные расчеты.

Задание на лабораторную работу:

1.Собрать на беспаечной макетной плате схему по рис. 12, согласно заданию

2.Подключить источник питания постоянного напряжения в качестве входного напряжения

3.Снять напряжение на выходе

4.Провести теоретические расчеты и сравнить с реальными

5.Написать выводы

Контрольные вопросы:

1.Опишите принцип работы стабилитрона.

2.Как можно увеличить выходную мощность стабилизатора напряжения?

3.Для чего в схему дифференциального усилителя вводится генератор стабильного тока?

4.Приведите определения усилителей постоянного тока, широкополосных и избирательных усилителей.

21