Лаб4 / 4

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедр САПР

отчет

по лабораторной работе №4

по дисциплине «Схемотехника»

Тема: Типовые схемы с использованием операционных усилителей.

Студенты гр. 0392		Стаськова А.Р.
		Частухин Д.А.
		Иванов С.К.
Преподаватель		Андреев В.С.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы.

Ознакомиться с принципами работы операционных усилителей. Исследовать схемы инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора, построенные на базе операционного усилителя LM741CN.

Задачи:

1. Построить компьютерные модели инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора в среде NI Multisim;

2. Исследовать реакцию моделей при подаче на их вход различных сигналов с помощью виртуального осциллографа;

3. построить АЧХ и для модели инвертирующего усилителя в среде NI Multisim;

4. Сконструировать схемы инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора из реальных компонентов с использованием LM741CN на макетной плате учебной станции NI ELVIS.

5. Повторить пункт 2 и 3, используя учебную станцию NI ELVIS;

6. Сравнить полученные результаты исследований компьютерной модели и макета, сделать выводы по проделанной работе.

Теоретические сведения.

Операционный усилитель (operational amplifier, OpAmp) – дифференциальный усилитель постоянного тока с двумя входами: инвертирующим и неинвертирующим, и одним выходом.

Кроме этого, ОУ имеет выводы питания: положительного и отрицательного.

Эти пять выводов имеются почти в любом ОУ и принципиально необходимы для его работы.

Рис 1.1 Операционный усилитель

Принцип работы ОС прост – если на напряжение больше, чем на , замыкается линия , иначе – линия .

Инвертирующий усилитель - модифицированный инвертирующий повторитель напряжения, который может получить почти любой коэффициент усиления, пока коэффициент усиления находится в пределах конструктивных характеристик операционного усилителя.

Рис 1.2 Схема инвертирующего усилителя

Сигнал подается на инвертирующий вход, а неинвертирующий вход подключается к опорному потенциалу

Выходное напряжение считается по формуле:

Инвертирующий сумматор - формирует алгебраическую сумму двух напряжений и меняет знак на обратный.

Рис 1.3 Схема сумматора

Т.к. точка 1 постоянно приводится к 0, входящие в узел 1 токи суммируются. Соотношение входного резистора и резистора в обратной связи определяет вес входящего тока.

Выходное напряжение для двух ветвей будет считаться по формуле:

Экспериментальные результаты и обработка результатов эксперимента.

1. Построили компьютерные модели инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора в среде NI Multisim

Рис 2.2 Инвертирующий усилитель

Рис 2.3 Инвертирующий сумматор.

2. Исследовали реакцию моделей при подаче на их вход различных сигналов с помощью виртуального осциллографа На инвертирующий усилитель подавалась синусоида с параметрами, показанными на рис. 2.1, на сумматор – на рис. 2.2 и рис. 2.3.

Рис 2.4 Сигналы на входе сумматора.

Рис 2.5 Показания осциллографа на инвертирующем усилителе.

Рис 2. 6 Показания осциллографа на инвертирующем сумматоре.

3. Построили АЧХ и ФЧХ для модели инвертирующего усилителя в среде NI Multisim

Рис 2.7 АЧХ инвертирующего усилителя.

Рис 2.8 ФЧХ инвертирующего усилителя.

4. Сконструировали схемы инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора из реальных компонентов с использованием LM741CN на макетной плате учебной станции NI ELVIS и повторили пункты 2, 3.

Рис 2.9 Осциллограмма инвертирующего усилителя.

Рис 2.10 Входные сигналя для инвертирующего сумматора.

Рис 2.11 Выходной сигнал на инвертирующем сумматоре.

Рис 2.12 АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя

5. В обоих случаях на выходе усилителя амплитуда увеличилась вдвое, что соответствует теории: Неточность в модели связана с погрешностями в измерении сопротивлении резисторов. С учетом допустимой погрешности номинала в погрешность коэффициента попадает в диапазон ( ) Для сумматора пиковое значение напряжения в точности совпадает с теоретическим. Частоты среза в NI Multisim и NI ELVIS отличаются на порядок , что может быть обусловлено неточностями моделирования и старением элементов схемы.

Вывод.

Ознакомились с принципами работы операционных усилителей. Исследовали схемы инвертирующего усилителя и инвертирующего сумматора, построенные на базе операционного усилителя LM741CN. Был смоделирован усилитель с коэффициентом усиления и сумматор (без усиления). Погрешности модели и реальных схем оказались незначительны, но было замечено падение АЧХ для схемы Elvis на меньших частотах.