Разработка и исследование модели сумматора на базе операционном усилителя
Применение имитационных моделей дает множество преимуществ по сравнению с выполнением экспериментов над реальной системой и использованием других методов. Одними из них являются:
- стоимость; для принятия обоснованного решения поможет имитационная модель, затраты на применение которой состоят лишь из цены программного обеспечения.
- время; имитационная модель позволяет определить оптимальность таких изменений за считанные минуты, необходимые для проведения эксперимента.
- точность; имитационное моделирование позволяет описать структуру системы и её процессы в естественном виде, не прибегая к использованию формул и строгих математических зависимостей.
- наглядность; имитационная модель обладает возможностями визуализации процесса работы системы во времени, схематичного задания её структуры и выдачи результатов в графическом виде. Это позволяет наглядно представить полученное решение.
- универсальность; имитационное моделирование позволяет решать задачи из любых областей.
Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования (Паскаль, Си), что предоставляет неограниченные возможности в разработке, отладке и использовании модели. Однако подобная гибкость приобретается ценой больших усилий, затрачиваемых на разработку и программирование весьма сложных моделирующих алгоритмов, оперирующих со списковыми структурами данных. Альтернативой этому является использование специализированных языков имитационного моделирования.
Специализированные языки имеют средства описания структуры и процесса функционирования моделируемой системы, что значительно облегчает и упрощает программирование имитационных моделей, поскольку основные функции моделирующего алгоритм, а при этом реализуются автоматически. Программы имитационных моделей на специализированных языках моделирования близки к описаниям моделируемых систем на естественном языке, что позволяет конструировать сложные имитационные модели пользователям, не являющимся профессиональными программистами.
Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем, к примеру, являются языки Multisim, GPSS (GeneralPurposeSimulationSystem), Delphi, Simulink и другие. В качестве объектов языка используются аналоги стандартных компонентов схемы. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструировать сложные имитационные модели. В данном случае воспользуемся программой Multisim.
Исследуем суммирующую схему сумматора на ОУ. Строим схему инвертирующего сумматора на операционном усилителе и включаем в схему дополнительный элемент для анализа схемы. Подключаем дополнительный элемент (рисунок 3.1):
Рисунок 3.1 – Модель инвертирующего сумматора на операционном усилителе с дополнительными элементами
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на его вход напряжение 0.1мВ (рисунок
3.2).
Рисунок 3.2 – Выходного напряжения неинвертирующего сумматора
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на его вход напряжение 0.1мВ (рисунок
3.3).
Рисунок 3.3 – Выходного напряжения неинвертирующего сумматора
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на его вход напряжение 0.1мВ (рисунок
3.4).
Рисунок 3.4 – Выходного напряжения неинвертирующего сумматора
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на все входы напряжение 0.1мВ (рисунок
3.5).
Рисунок 3.5 – Выходного напряжения неинвертирующего сумматора
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на все входы напряжение 0.1мВ (рисунок
3.6).
Рисунок 3.6 – Выходного напряжения инвертирующего сумматора
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на все входы напряжение 0.1мВ (рисунок
3.7).
С
осциллографа снимаем параметры выходного
напряжения
,
подаем
на все входы напряжение 0.1мВ (рисунок
3.8).
Рисунок 3.8 – Выходного напряжения сумматора
На рисунке 3.9 приведено сравнение расчетных и практических выходных напряжения для суммирующего сумматора на операционном усилителе:
Рисунок 3.9 – Сравнение теоретических и расчетный выходных напряжения для суммирующего сумматора на ОУ
Рассчитана абсолютная погрешность для выходного напряжения (выражение 1.20):
мВ
(1.20)