Устройства на операционных усилителях. Учебно-методическое пособие

Рис. 3.1.. (а, б)

а) Y/T

б)

11

Задание №1: Проведите моделирование ДУ на рис. 3.1., а при напряжении помехи в обоих каналах 10 В. Измерьте напряжение помехи на выходе (выполняется при минимальном значении полезного сигнала, например 1 мкВ). Если результаты измерения не будут соответствовать данным расчета, объясните причину (внимательно просмотрите список параметров выбранного ОУ, обратив особое внимание на значение КоС Сф, обозначаемого в диалоговом окне ОУ как CMRR). При отсутствии такого параметра выберите другой тип ОУ.

Задание №2: Какая разница между дифференциальными и мостовыми усилителями?

∆R U0

Контрольныевопросыизадания

1.Что такое синфазная помеха, как она проявляется в дифференциальном, инвертирующем и неинвертирующем усилителях?

2.Для схемы на рис. 10.10, б с помощью формулы (10.5) рассчитайте зависимость Uo = F(AR ) при изменении Rd в диапазоне 0,5—1,5 Ом и затем проверьте полученные результаты моделированием при напряжении питания моста Un = 1 В.

3.Проведите моделирование схемы на рис. 10.10, а и проверьте справедливость выражения (10.5а) при изменении Rd в диапазоне 5—15 кОм. Объясните, за счет чего в этой схеме обеспечивается линейная зависимость выходного

напряжения при изменении сопротивления Rd.

12

4.Объясните, каким образом в схеме на рис. 10.8, в достигается подавление синфазной составляющей.

5.Проведите моделирование дифференциального усилителя, представленного в схемном файле instru.ca4.

6.Рассчитайте синфазные составляющие в схеме на рис. 10.8, а.

13

Лабораторная работа №4

«Аналоговые вычислительные устройства»

К базовым аналоговым вычислительным устройствам относятся сумматор, интегратор и дифференциатор. Они используются в различных измерительных преобразователях и корректирующих звеньях, а также при моделировании систем управления. Как правило, эти устройства выполняются на базе ОУ по схеме инвертирующего усилителя, обеспечивающего максимальную точность.

Часть 4.1. Сумматоры.

Схема двухвходового сумматора представлена на рис. 4.1. Каждый вход сумматора соединяется с инвертирующим входом ОУ через взвешивающий резистор (Rl, R2, ..., Rn). Инвертирующий вход называется суммирующим узлом, поскольку здесь суммируются все входные токи и ток обратной связи. Как и в обычном инвертирующем усилителе, напряжение на инвертирующем входе практически равно нулю (из-за действия ООС), следовательно, равен нулю и ток, втекающий в ОУ. Таким образом,

Is = 11 + I2 + ... + In и II = U1/R1, I2 = U2/R2, ..., In = Un/Rn.

Так как напряжение на инвертирующем входе примерно равно нулю, то Uo = Is * Rs. В таком случае после преобразований получаем выражение для выходного напряжения сумматора в следующем виде:

Uo = -Rs(Ul/Rl + U2/R2 + ... + Up/Rn).

14

Рис. 4.1.

Y/T

Здание №1:Проведите расчет выходного напряжения двухвходового сумматора на рис. 4.1 при указанных на схеме параметрах и сравните полученные данные с результатами моделирования.

15

Часть 4.2: Интегратор.

Интегратор — это электронная схема, выходной сигнал которой пропорционаленинтегралу отвходного.

Рис. 4.2.

Y/T

Задание №1: Проведите моделирование интегратора по схеме на рис. 4.2 при С=2нФ Uy=2В,Ui=200Мв. Результаты моделирования интегратора сравните с результатом расчета по формуле: Uo(t)=Ui*t/RC – UyR2/R1.

16

Часть 4.3 Дифференциатор.

Дифференциатор – антипод интегратора по функциональному назначению: его выходной сигнал пропорционален скорости изменения во времени входного сигнала Ui т.е. Uo= - RC(dUi/dt). При практической реализации дифференциатора на рис. 4.3.1 возникают проблемы с обеспечением его устойчивости, поскольку такое устройство является системой второго порядка и в нем возможны возникновения затухающих колебаний на определенных (обычно высоких) частотах, что подтверждается наличием резонансного «всплеска» на его АЧХ В модифицированной схеме дифференциатора (рис. 4.3.2)

дополнительно введен резистор Ri, который сглаживает АЧХ дифференциатора и тем самым предотвращает возникновение паразитных колебаний. Сопротивление

резистора Ri определяется из выражения Ri= R /(2 Fo K o ) ,

где 2 FoKo — произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания ОУ (этот параметр часто называют добротностью ОУ).

Рис. 4.3.1.

АЧХ

17

Лабораторная работа №5

«Логарифмические усилители»

Логарифмические усилители применяются в сочетании с ИП, выходной сиг нал которых изменяется в широком диапазоне по амплитуде. Такие усилители иногда называют компрессорами (например, в ядерной электронике), при этом они являются скорее амплитудными ограничителями («сжимателями») сигналов с большими амплитудами, чем логарифмическими усилителями с заданными метрологическими характеристиками. Совершенно противоположные функции выполняют антилогарифмические усилители (экспандеры), они усиливают сигналы большей амплитуды и «подавляют» сигналы меньшей амплитуды (например, шумы на выходе спектрометрических усилителей, используемых в сочетании с детекторами ионизирующих излучений).

Рис. 5.1.

19

B\A

Задание №1: Какие типы диодов наилучшим образом подходят для логарифмических усилителей (в качестве подсказки — эти диоды известны под именем их создателя)?

UU0

Задание №2: Выполните диодную схему логарифмического усилителя в среде EWB б.хх или 7.0, использовав в качестве логарифмирующего элемента диод Шоттки. Сравните результаты моделирования с аналогичными результатами для случая применения обычного диода, обратив внимание на динамический диапазон преобразуемых сигналов

.Контрольные вопросы и задания

1.В каких случаях используются логарифмические усилители?

2.Проведите моделирование логарифмических усилителей на рис. 5.1.в рекомендованном объеме и порядке.

3.Исследуйте зависимость амплитудной характеристики усилителей на рис. 5.1. от тока ls, изменяя его в диапазоне 10-8—10-

14А. При необходимости измените сопротивление токозадающего

резистора.

4. Проведите анализ и моделирование усилителя типа компрессор/экспандер, представленного в схемном файле сотехр.са4.

20