Laboratornaya_rabota_1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Исследование усилителей постоянного тока, выполненных на операционных усилителей

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

по дисциплине:

Электроника 2.1

Выполнил: :
студент гр. 5А03			Самсонов Д.П.
			Гайдук К.А.
Проверил:
ассистент			Лазуткина Е.Е.

Томск – 2022

Цель работы : Изучение принципа действия и исследование работы усилителей постоянного тока, выполненных на операционных усилителях.

Программа работы

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети.

2. Соберите схему тестирования инвертирующего усилителя, рис. 1, подключив к его входу и выходу мультиметры, как показано на рис. 2.

Рис. 1 - Схема тестирования инвертирующего усилителя

Рис. 2 - Схема тестирования инвертирующего усилителя

Резистор R₃ подключен к неинвертирующему входу ОУ с целью уменьшения сдвига передаточной характеристики относительно начала координат.

Вариант схемы тестирования инвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе, собранного на наборном поле блока генераторов напряжений приведен на рис. 3.

Рис. 3 - Монтажная схема тестирования инвертирующего усилителя

Приняв R₁ =10 кОм определяем сопротивление обратной связи R_ос для коэффициентов усиления k_u инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Согласно варианту необходимый коэффициент усиления инвертирующего усилителя, приведен ниже.

С помощью мультиметров измеряем входное U_вх и выходное U_вых напряжения, данные измерений занесем в табл. 1.

Таблица 1

, В	-10	-8	-6	-4	-2	0	2	4	6	8	10
, В	13,13	13,14	13,14	10,89	4,55	-1,77	-3,83	-13,29	-13,28	-13,26	-13,28

Передаточная характеристика инвертирующего усилителя имеет вид, приведенный на рис. 4. Она расположена во втором и четвертом квадрантах. Линейный участок передаточной характеристики ограничен положительным входным напряжением Uвх.нас и отрицательным входным напряжением Uвх.нас .

Рис. 4. Передаточная характеристика инвертирующего усилителя

Определим реальный коэффициент усиления инвертирующего усилителя.

3. Соберите схему тестирования неинвертирующего усилителя рис. 5, подключив к его входу и выходу мультиметры, как показано на рис. 6.

Рис. 5 - Схема инвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе

Рис. 6 - Схема тестирования неинвертирующего усилителя

Вариант схемы тестирования неинвертирующего усилителя, выполненного на операционном усилителе, собранного на наборном поле блока генераторов напряжений, приведен на рис. 7.

Рис. 7 - Монтажная схема тестирования неинвертирующего усилителя

Приняв R₁=10 кОм определяем сопротивление R₂ для коэффициентов усиления k_u неинвертирующих усилителей. Согласно варианту коэффициент усиления неинвертирующих усилителей приведенн в ниже.

С помощью мультиметров измеряем входное U_вх и выходное U_вых напряжения, данные измерений занесем в табл. 2.

Таблица 1

, В	-10	-8	-6	-4	-2	0	2	4	6	8	10
, В	-13,28	-13,28	-13,29	-13,29	-8,33	-1,5	5,37	12,36	13,16	13,16	13,16

Передаточная характеристика неинвертирующего усилителя имеет вид, приведенный на рис. 8. Она расположена в первом и третьем квадрантах. Линейный участок передаточной характеристики ограничен положительным входным напряжением Uвх.нас и отрицательным входным напряжением Uвх.нас .

Рис. 8. Передаточная характеристика неинвертирующего усилителя

Определим реальный коэффициент усиления инвертирующего усилителя.

Выполнение работы в программной среде Electronics Workbench

Произведите исследование инвертирующего усилителя.

Модель инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления по напряжению и диаграммы напряжений на экране цифрового осциллографа представлены соответственно на рис.9 и рис.10.

Рис.9. Модель инвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench

Из осциллограмм (рис.10) следует, что при входном напряжении инвертирующего усилителя Uвх  9,99 В (см. окно VA1 на рис.10), выходное напряжение равно Uвых  19,99 В .

Тогда коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя можно определить по уравнению

Рис.10. Лицевая панель и осциллограммы цифрового осциллографа

Произведите исследование неинвертирующего усилителя.

Модель неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления по напряжению приведена на рис.11.

Рис.11. Модель неинвертирующего усилителя в программной среде Electronics Workbench

Лицевые панели функционального генератора и светолучевого осциллографа с осциллограммами напряжений, поясняющими работу неинвертирующего усилителя, приведены на рис.12 и рис.13.

Рис.12. Лицевая панель и параметры функционального генератора

Рис.13. Лицевая панель и осциллограммы светолучевого осциллографа

Из осциллограмм напряжений следует, что при входном напряжении неинвертирующего усилителя равном Uвх 9,82 В, выходное напряжение равно Uвых  19,99 В

Тогда коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя можно определить по уравнению

Вывод: в данной лабораторной работе мы изучили принцип действия операционных усилителей постоянного тока выполненных на операционных усилителях, провели экспериментальное исследование их работы. Из экспериментальных данных видно, что, при достижении тока насыщения, график приобретает линейный характер.