Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет – УПИ"

Исследование аналоговых устройств

НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

С НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Методическая разработка к лабораторной работе № 10 по курсу

"Схемотехника аналоговых электронных устройств"

для студентов всех форм обучения

направления 654200– Радиотехника:

специальностей 200700 – Радиотехника;

201600 – Радиоэлектронные системы;

направления 654400– Телекоммуникации:

специальностей 201200 – Средства связи с подвижными объектами;

200900 – Сети связи и системы коммутации

Екатеринбург

2007

УДК 621.37

Составители В.Г. Важенин, Н.А. Дядьков, Л.Л. Лесная

Научный редактор доц., канд. техн. наук А.В. Болтаев

ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ С НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ: Методическая разработка к лабораторной работе № 10 по курсу "Схемотехника аналоговых электронных устройств" / В.Г. Важенин, Н.А. Дядьков, Л.Л. Лесная. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2007. 42 с.

В лабораторной работе № 10 исследуются характеристики и параметры аналоговых устройств, построенных на базе операционного усилителя с нелинейной отрицательной обратной связью: логарифмические и экспоненциальные усилители, функциональные преобразователи, ограничители, выпрямители, детекторы.

Библиогр.: 15 назв. Табл. 1. Рис. 43. Прил. 2.

Подготовлено кафедрой "Радиоэлектроника информационных систем".

 ГОУ ВПО "Уральский государственный

технический университет" – УПИ", 2007

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы

Исследование характеристик и параметров аналоговых устройств на операционном усилителе (ОУ) с нелинейной обратной связью (ОС).

Краткое содержание работы

1. Изучение теоретических сведений об операционных усилителях с нелинейной обратной связью и устройствах на их основе.

2. Изучение методики исследования, составление схем установок для выполнения экспериментальной части работы, подготовка шаблона отчета.

3. Выполнение эксперимента, анализ результатов.

4. Оформление и защита отчета.

1. Теоретическая часть

   1. Общие сведения об аналоговых устройствах на операционных усилителях с нелинейной обратной связью

Обобщенную схему аналогового устройства на ОУ с нелинейной обратной связью можно представить в виде схемы инвертирующего включения операционного усилителя, где вместо одного или обоих резисторов R₁иR₂используются, как правило, безынерционные нелинейные элементы (диоды, транзисторы) (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Обобщенная схема операционного усилителя с нелинейной обратной связью при инвертирующем включении

Свой­ства нелинейных элементов (НЭ) определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис. 1.2).

а б

Рис. 1.2. Прямая (а) и обратная (б) вольт-амперные характеристики нелинейного элемента

При этом разли­чают прямую ВАХ (рис. 1.2, а), в которой в качестве аргумента выступает на­пряжениеU_н, а в качестве функции – токI_н, порождаемый этим напряжением, и обратную ВАХ (рис. 1.2,б), представляющую зависимость на­пряжения от тока. Таким образом, прямой ВАХ является функ­цияI_н = F₁(U_н), а обратной –U_н = F₂(I_н). Если в ка­честве НЭ используется диод, то

,

,

где F₁(U_н),F₂(I_н) – прямая и обратная ВАХ нелинейного элемен­та соответственно;– напряжение насыщения;I₀– ток насыщения обратно смещенногор-п перехода. Когда ехр>>1 и, то

,

.

При идеальном ОУ (= 0,K₀,= 0,) для схемы (рис. 1.3) имеем:

,,.

Рис. 1.3. Аналоговые устройства на ОУ с нелинейным элементом во входной цепи (а) и в цепи обратной связи (б)

При построении устройства на ОУ с нелинейной обратной связью по схеме рис. 1.3, а, когда НЭ находится на входе устройства, а линейный резистор – в цепи ОС, имеем:

,,.

Зависимость для этой схемы совпадает по свое­му характеру с прямой ВАХ нелинейного элемента, т.е. имеет вид. При построении устройства на ОУ с нелинейной обратной связью по схеме рис. 1.3,б, когда НЭ находится в цепи ОС, а линейный резистор – во входной цепи, имеем:

,,.

Зависимость для этой схемы совпадает по свое­му характеру с обратной ВАХ нелинейного элемента, т.е. имеет вид. Следовательно, устройства типа рис. 1.3,абудем называть устройствами прямого функционального преобразования, а уст­ройства типа рис. 1.3,б – функционального обратного преобразования.

Далее рассмотрим принципы построения, схемы, основные характеристики и параметры наиболее распространенных аналоговых устройств на операционных усилителях с нелинейной обратной связью.