- •Аналоговая и цифровая электроника
- •Часть 1. Аналоговые устройства на операционных усилителях
- •Содержание
- •1. Введение
- •Исследовать:
- •2. Программа схемотехнического моделирования радиоэлектронных устройств Electronics Workbench
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Структура программы Electronics Workbench
- •2.3. Интерфейс программы Electronics Workbench
- •2.4. Создание схемы радиоэлектронного устройства с помощью программы Electronics Workbench
- •2.5. Контрольно – измерительные приборы ewb.
- •3. Элементы теории обратной связи.
- •4. Операционные усилители.
- •4.1. Основные свойства.
- •4.2. Инвертирующий усилитель.
- •4.3. Инвертирующий сумматор (суммирующий усилитель).
- •4.4. Не инвертирующий усилитель.
- •4.5. Не инвертирующий сумматор.
- •4.6. Дифференцирующее устройство.
- •4.7. Интегрирующее устройство (интегратор).
- •4.8. Импульсные усилители
- •4.9. Избирательные усилители
- •4.10. Электрические фильтры
- •4.11. Активные фильтры
- •5. Разработка схем радиоэлектронных устройств
- •5.1. Выбор базового операционного усилителя
- •5.2. Разработка измерительной схемы не инвертирующего
- •5.3. Разработка измерительной схемы активного фнч
- •5.4. Разработка измерительной схемы активного фвч
- •5.5. Измерительная хема активного полосового фильтра (пф)
- •6. Исследование схем радиоэлектронных устройств
- •6.1. Общие положения
- •6.2. Исследование влияния rос и разброса параметров элементов не инвертирующего усилителя на ку и ачх
- •6.2.1. Определение полосы рабочих частот не инвертирующего
- •6.2.2. Построение амплитудной характеристики
- •6.2.3. Определение коэффициента нелинейных искажений
- •6.2.4. Нахождение точки на амплитудной характеристике,
- •6.2.5. Определение коэффициента усиления при изменении rос
- •6.2.6. Исследование влияния r ос на ачх
- •6.2.7. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх
- •6.2.7.1. Исследование чувствительности схемы не инвертирующего усилителя к общему 20% разбросу параметров элементов схемы
- •6.2.7.2. Исследование чувствительности схемы не инвертирующего усилителя к 20% разбросу параметров отдельных элементов схемы
- •6.3. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх активного фнч
- •6.3.1. Определение рабочего диапазона частот схемы активного фнч
- •6.3.2. Исследование чувствительности активного фнч к общему 20% разбросу параметров элементов
- •6.5. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх активного полосового фильтра (пф)
- •6.5.1 Определение рабочего диапазона частот схемы активного пф
- •6.5.2. Исследование чувствительности активного пф к общему 20% разбросу параметров всех элементов схемы
- •3.5.3. Исследование чувствительности активного пф к 20% разбросу параметров отдельных элементов схемы
- •7. Методические указания по лабораторному практикуму
- •7.1. Определение зависимости коэффициента усиления kу не инвертирующего усилителя от сопротивления обратной связи rос
- •7.1.1. Определение полосы пропускания частот не инвертирующего усилителя
- •7.1.2. Построение амплитудной характеристики
- •7.1.3. Определение коэффициента нелинейных искажений
- •7.1.4. Определение коэффициента усиления ку при разном r ос
- •7.2. Исследование влияния r ос на ачх не инвертирующего
- •7.3. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх усилителя, активного фнч, активного фвч и активного пф
- •7.3.1. Исследование чувствительности к общему разбросу параметров всех элементов схемы
- •7.3.2. Исследование влияния на ачх разброса параметров отдельных элементов схемы
- •8. Отчет по лабораторному практикуму.
- •9. Контрольные вопросы.
7. Методические указания по лабораторному практикуму
Целью лабораторного практикума является исследование аналоговых РЭУ на операционных усилителях с помощью Electronics Workbench
Интегральные операционные усилители (ОУ) являются широко применяемыми элементами устройств 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 "-") называю 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 – частотой, 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 все элементов соответствующей схемы;
б) моделируется разброс параметров каждого элемента схемы в отдельности с целью выявить те, к которым каждая из схем наиболее чувствительна.
Таким образом, в отчетных материалах необходимо получить следующие результаты:
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 конкретной работы измерительные схемы вызываются через меню File