Лабы / 7 Лаба / Схемота_7 лаба

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №7

по дисциплине «Аналоговая схемотехника»

Тема: Простейшие схемы усилителей на ОУ

Студент гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

Преподаватель _________________ Селиванов Л.М.

Санкт-Петербург

2023

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью данной лабораторной работы является изучение свойств и приобретение навыков сборки схем усилительных каскадов на операционном усилителе (ОУ).

СХЕМА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Рис. 1 – Универсальная схема усилителя на ОУ

Рис. 2 – Схема для исследования частотных характеристик усилителя на ОУ

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛЕНИЙ

1. Исследование статических характеристик схемы

Исходные параметры схемы:

R₁ = 150 кОм

R₂ = 470 кОм

U_см = 2,8 В

Пример расчета коэффициентов усиления схемы:

k_u^инв = = = –3,13

k_u^пр = 1 + = 1 + = 4,13

Таблица 1. Результаты измерения и расчетов статических характеристик инвертирующего усилителя на ОУ

Инвертирующая (UВХ = U2)
без смещения (U1 = 0)				с положительным смещением (U1 = 2,8 В)			с отрицательным смещением (U1 = -2,8 В)
UВХ, В	UВЫХ, В	kuинвэксп	UВЫХ теор, В	UВЫХ, В	UВЫХ теор, В	UВЫХ, В		UВЫХ теор, В
-10,2	10,6		31,93	10,6	43,49	10,6		20,36
-8,2	10,6		25,67	10,6	37,23	10,6		14,10
-6,2	10,6		19,41	10,6	30,97	8,4		7,84
-4,2	10,6		13,15	10,6	24,71	2		1,58
-2,2	6,4	-2,9	6,89	10,6	18,45	-4,2		-4,68
0	0		0	9,8	11,56	-10,4		-11,56

Окончание таблицы

2	-6	-3	-6,26	4,2	5,30	-12	-17,82
4	-12		-12,52	-2	-0,96	-12	-24,08
6	-12		-18,78	-8,4	-7,22	-12	-30,34
9,8	-12		-30,67	-12	-19,11	-12	-42,24

Отсюда, k_u^инв_эксп:

k_u^инв_эксп = = -2,95

Пример вычисления U_{ВЫХ теор} с положительными смещением при U_ВЫХ = 4,2 В:

U_{ВЫХ теор.} = U₂ k_u^инв + U₁ k_u^пр = -3,13 2 + 4,13 2,8 = 5,30 В

Таблица 2. Результаты измерения и расчетов статических характеристик неинвертирующего усилителя на ОУ

Неинвертирующая (UВХ = U1)
без смещения (U2 = 0)				с положительным смещением (U2 = 2,8 В)			с отрицательным смещением (U2 = -2,8 В)
UВХ, В	UВЫХ, В	kuпр эксп	UВЫХ теор, В	UВЫХ, В	UВЫХ теор, В	UВЫХ, В		UВЫХ теор, В
-9,4	-12		-38,82	-12	-47,59	-12		-30,06
-7,4	-12		-30,56	-12	-39,33	-12		-21,80
-5,4	-12		-22,30	-12	-31,07	-12		-13,54
-3,2	-12		-13,22	-12	-21,98	-4,8		-4,45
-2	-7,6	3,8	-8,26	-12	-17,02	-0,8		0,50
-1	-4	4	-4,13	-11,8	-12,89	3,8		4,63

Окончание таблицы

0	-0,2		0	-8	-8,76	7,2	8,76
1	3,6	3,6	4,13	-4	-4,63	10,6	12,89
2	7,8	3,9	8,26	-0,6	-0,50	10,6	17,02
4	10,6		16,52	7,6	7,76	10,6	25,28
6	10,6		24,78	10,6	16,02	10,6	33,54
9,2	10,6		38	10,6	29,23	10,6	46,76

Отсюда, k_u^пр_эксп:

k_u^инв_эксп = = 3,83

Пример вычисления U_{ВЫХ теор} с положительными смещением при U_ВЫХ = -4 В:

U_{ВЫХ теор.} = U₂ k_u^инв + U₁ k_u^пр = -3,13 2,8 + 4,13 1 = -4,63 В

Рис. 3 – Экспериментальные и теоретические графики зависимостей выходного напряжения от входного для схемы инвертирующего усилителя

Рис. 4 – Экспериментальные и теоретические графики зависимостей выходного напряжения от входного для схемы неинвертирующего усилителя

Вычислим собственное напряжение смещения операционного усилителя:

U_СМ = = = 2,1 10^-3 В

2. Исследование частотных характеристик схемы

Вычислим коэффициент усиления переменного сигнала частотой 1 кГц:

k_u~^пр = = = 3,36

Сравнивая коэффициент усиления переменного сигнала (3,36) с расчетным (4,13) и экспериментальным (3,83), делаем вывод, что полученные коэффициенты незначительно отличаются.

Таблица 3. Результаты измерения и расчетов частотных характеристик усилителя на ОУ

	, В	, В	ku~пр
204	2,48	2,48	0,48
150	2,67	3,36	1
100	2,67	4,96	2,07
80	2,67	6,08	3,61
60	2,67	8,08	3,11
40	2,67	11,44	3,04
20	2,67	9,6	3,04
5	2,67	8,96	3,04
3	2,67	9,04	3,04
1	2,67	8,96	3,04

Рис. 5 – АЧХ усилителя на ОУ

ВЫВОД

В ходе проведения данной лабораторной работы были получены экспериментальные данные, на основании которых можно сделать следующие выводы:

Сравнивая теоретические значения выходных напряжений с экспериментальными (рис. 3 и рис. 4), делаем вывод, что значения совпадают до момента перехода в насыщение, дальше теоретические значения линейно возрастают (убывают) при изменении входного напряжения.

Также, сравнивая полученные значения с паспортными, делаем вывод, что частота единичного усиления по паспортным данным составляет 1,3 МГц, в нашем случае, данная частота имеет значение 204 кГц, что не соответствует паспортным данным. Однако, по паспортным данным прибора, напряжение смещения составляет 2 мВ, в нашем случае получилось значение 2,1 мВ, что говорит о совпадении экспериментальных значений с паспортными.