Московский государственный университет приборостроения и информатики
Кафедра ПР-7 «Персональная электроника»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по лабораторным работам курса
«Аналоговая и цифровая электроника»
Часть 1. Аналоговые устройства
на операционных усилителях
2006
Целью лабораторного практикума является исследование аналоговых РЭУ на операционных усилителях с помощью Electronics Workbench
Интегральные операционные усилители (ОУ) широко применяются в устройствах автоматики, измерительной и вычислительной техники. ОУ используют в усилителях и генераторах, устройствах, осуществляющих математические операции над аналоговыми сигналами, в цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователях, стабилизаторах напряжения, модуляторах и демодуляторах, активных фильтрах и т.п. [9].
Рис. 7.1.
Условное обозначение ОУ и назначение основных выводов приведено на рис. 7.1. Вход 1, обозначенный на рисунке знаком "+", называют не инвертирующим. Изменение выходного сигнала ОУ совпадает по фазе с изменением сигнала на этом входе. Вход 2 ( на схеме обозначен "-") называют инвертирующим, так как изменения выходного сигнала ОУ противоположны по фазе изменениям сигнала на этом входе.
Для получения выходного напряжения как положительной, так и отрицательной полярности ОУ питают от двух источников напряжения (на схеме U и.п.1 и U и.п.2). Это дает также возможность получить нулевой уровень выходного напряжения при отсутствии входного сигнала.
В лабораторном практикуме исследуются: не инвертирующий усилитель, активные фильтры низких и высоких частот, полосовой фильтр.
В качестве ОУ для этих устройств из библиотеки компонентов EWB выбираем ОУ LM741 со следующими параметрами:
Напряжение источника питания: U ИП.=±5…±17 В.
Напряжение смещения нуля: U СМ.= 6 мВ.
Входной ток: I ВХ=400 нА.
Коэффициент усиления по напряжению: K У =68 дБ.
Скорость нарастания выходного напряжения: VuВЫХ=0,3 В/мкс.
Коэффициент ослабления синфазных напряжений: K ОССФ =72 дБ.
Входное сопротивление: R ВХ=0,4 МОм.
Потребляемая мощность: P ПОТ =120 мВт.
Его отечественный аналог - КР 140УД 708
Ширина полосы пропускания при разомкнутой петле ОС определяется частотой единичного усиления, при которой коэффициент усиления при разомкнутой петле ОС снижается до 1, для LM741 fПР (f1)=0,8 МГц.
Для выполнения практикума в программе EWB 5.12, необходимы следующие исходные данные:
1. Измерительные схемы не инвертирующего усилителя, активного ФНЧ, активного ФВЧ, активного ПФ.
2. Значения сопротивления обратной связи RОСи значение разброса параметров схем. Выбираются из таблицы 7.1. по последней цифре шифра зачетки.
Таблица 7.1
|
|
Последняя цифра шифра зачетной книжки | |||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | |
|
R ОС, кОм |
5.1 |
6,8 |
7.5 |
8.2 |
9.1 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
50 |
55 |
62 |
65 |
70 |
75 |
80 |
85 |
90 |
95 | |
|
75 |
80 |
85 |
90 |
95 |
100 |
105 |
110 |
115 |
120 | |
|
100 |
105 |
110 |
115 |
120 |
125 |
130 |
135 |
140 |
145 | |
|
Разброс, % |
20 |
15 |
10 |
20 |
15 |
10 |
20 |
15 |
10 |
20 |
На основе исходных данных с помощью программы EWBнеобходимо:
1) определить коэффициент усиления (передачи) КУ не инвертирующего усилителя при разных значенияхRОС(значенияRОСвыбираются из таб.7.1);
2) исследовать влияние сопротивления обратной связи RОС(таблица 7.1) на АЧХ не инвертирующего усилителя;
3) исследовать влияние разброса (величина разброса выбирается из таб. 7.1) параметров элементов на АЧХ не инвертирующего усилителя, активного ФНЧ, активного ФВЧ, активного ПФ.
Исследование по пункту 3) выполнить в двух вариантах:
а) моделируется совместный разброс параметров всех элементов соответствующей схемы;
б) моделируется разброс параметров каждого элемента схемы в с целью выявить те, к которым схема наиболее чувствительна.
Таким образом, в отчетных материалах необходимо представить:
1) значения KУпри изменении значенияRОС;
2) графики АЧХ при изменении значения RОС;
3) графики, отображающие влияние разброса параметров элементов не инвертирующего усилителя, активного ФНЧ, активного ФВЧ, активного ПФ на АЧХ этих устройств.
Необходимые для лабораторной работы схемы исследуемых устройств вызываются через меню File. Теоретические основы лабораторной работы см. Учебно-методическое пособие по курсу «Аналоговые», часть 1: «Аналоговые устройства на операционных усилителях».