Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Центр цифровых
образовательных технологий
13.03.02 «Электроэнергетика и элекротехника»
Исследование усилителей постоянного тока
Лабораторная работа № 1
по дисциплине:
Электроника 2.1
Исполнитель:
|
|
||||
студент группы |
5А94 |
|
Милёшкин А.А. |
|
13.06.2022 |
|
|
|
|
|
|
Руководитель:
|
|
||||
доцент ОЭЭ ИШЭ |
|
|
Воронина Н.А.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск – 2022
Лабораторная работа №1
«Исследование усилителей постоянного тока»
Цель работы – изучение принципа действия и экспериментальное исследование работы усилителей постоянного тока, выполненных на операционных усилителях.
Краткая теория
Операционные усилители (ОУ) относятся к усилителям постоянного тока (усилители постоянного тока предназначены для усиления сигналов, медленно изменяющихся во времени сигналов, частота первой гармоники которых близка к нулю) с большим коэффициентом усиления, имеющим дифференциальный вход (два входных вывода) и один выход.
В настоящее время ОУ играют роль многофункциональных элементов при построении электронных устройств различного назначения.
Условное графическое обозначение ОУ на принципиальных схемах приведено на рис. 1. ОУ в соответствии со стандартами изображается в виде прямоугольника (рис. 1, а) или в виде равностороннего треугольника (рис. 1, б).
Рисунок 1 - Условное графическое обозначение операционного усилителя
При подаче сигнала на инвертирующий вход Uвх.и приращение выходного сигнала Uвых противоположно по знаку (фазе) с приращениями входного сигнала (инвертирующее включение ОУ). Схема образуется введением параллельной отрицательной обратной связи по напряжению с помощью резистора Rос. (рис.2) Его коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение выходного напряжения к входному напряжению
Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе, определяется только его внешними сопротивлениями R1 и Rос
Рисунок 2 – Схема инвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе
Рисунок 3 – Передаточная характеристика инвертирующего усилителя
Если же сигнал подан на неинвертирующий вход Uвх.н , то приращение выходного сигнала Uвых совпадает по знаку (фазе) с входным сигналом (неинвертирующее включение). Схема образуется введением последовательной отрицательной обратной связи по напряжению поданной на инвертирующий вход ОУ (рис.4).
Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующий усилитель определяется как отношение выходного напряжения Uвых к входному напряжению Uвх:
Коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе, также определяется только его внешними сопротивлениями R1 и R2.
Рисунок 4 - Схема неинвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе
Рисунок 5 - Передаточная характеристика неинвертирующего усилителя
При подаче сигналов на оба входа (дифференциальное включение) приращение сигнала на выходе пропорционально разности входных сигналов. Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилительный каскад, выходным каскадом – эмиттерный повторитель, обеспечивающий требуемую нагрузочную способность ОУ.
Исходные данные
Знак минус в правой части уравнения показывает, что полярности входного и выходного напряжений инвертирующего усилителя имеют противоположный знак.
Исследование инвертирующего усилителя
1) Соберем схему инвертирующего усилителя согласно исходным данным в Multisim:
Рисунок 6 – Схема инвертирующего усилителя
Uвх
Uвых
Рисунок 7 – Осциллограмма для инвертирующего усилителя
Данные значения взяты из курсора мгновенных значений на осциллограмме под названием T2.
Теперь
заполним таблицу значений напряжений
при разных
.
Таблица 1 – Значения входных и выходных напряжений
Uвх, В |
-10 |
-8 |
-6 |
-4 |
-2 |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
Uвых, В |
12,08 |
12,08 |
12,08 |
10,2 |
6,21 |
0 |
-6,21 |
-10,2 |
-12,08 |
-12,08 |
-12,08 |
Рисунок 8 – Передаточная характеристика инвертирующего усилителя
Исследование неинвертирующего усилителя
Исходные данные
Рисунок 9 - Схема неинвертирующего усилителя
Uвх
Uвых
Рисунок 10 – Осциллограмма неинвертирующего усилителя
Данные значения взяты из курсора мгновенных значений на осциллограмме под названием T2.
Uвх, В |
-10 |
-8 |
-6 |
-4 |
-2 |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
Uвых, В |
-12,083 |
-12,082 |
-12,081 |
-10,12 |
-6,22 |
0 |
6,22 |
10,12 |
12,081 |
12,082 |
12,083 |
Рисунок 11 – Передаточная характеристика инвертирующего усилителя
Вывод: По итогу данной лабораторной работы, были исследованы ОУ инвертирующего и неинвертирующего типов. При помощи коэффициента усиления по напряжению и сопротивления на инвертирующем входе было найдено сопротивление обратной связи. Созданы схемы и осциллограммы в Multisim (для каждого типа). Через осциллограммы были найдены значения напряжений на входе и выходе ОУ, благодаря чему проверено значение коэффициента усиления по напряжению. Также по осциллограммам можно судить, что при инвертирующем подключении напряжения на входе и выходе находятся в противофазе, тогда как при неинвертирующем подключении они в одной фазе. Также стоит учитывать тот факт, что при дальнейшем увеличении напряжения на входе в какой-то момент достигается максимум, при котором напряжение на выходе становится постоянным, что подтверждают передаточные характеристики..