Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Микроэлектроника

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
986.49 Кб
Скачать

1. Приведите типовые схемы включения операционного усилителя: инвертирующий, неинвертирующий усилители, повторитель напряжения. Получите выражения для коэффициентов усиления KU, поясните принцип действия с помощью временных диаграмм.

Неинвертирующий масштабный усилитель:

+ = вх

= вых ∙ 11 + 2

+ =

вых ∙ 1вх = 1 + 2

2= 1 + 1

Инвертирующий масштабный усилитель:

2вых = − 2 = − 2 = − 1 вх

2= − 1

Если R1=R2, то Ku= -1

Если на неинвертирующий вход подавать напряжение, а Rос = 0 (закоротка), то

получится повторитель.

2. Получите уравнение амплитудной характеристики для приведённой схемы. Определите выходной ток операционного усилителя DA1, ток входного источника U2, а также напряжения на всех резисторах схемы.

вх+ =

2 ∙ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 + 4

 

 

 

 

 

= − 1 2

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

1

 

2

 

4

 

2

 

 

 

 

 

вых = 2 1 +

 

− 1

 

 

 

 

 

1

 

4 + 3

1

Если R1=R3 и R2=R4, то 1 + 2

4

= 2

4+ 3

 

2

1

1

следовательно: вых =

( 2 − 1)

 

1

 

 

 

 

 

Амплитудная характеристика – зависимость амплитуды Uвых от амплитуды Uвх.

Наклон определяет коэффициент усиления.

вх =

вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если вх

< вх – линейный режим,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если вх

вх – усилитель в насыщении

 

 

 

 

 

 

 

Определить всякую хрень:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

=

 

 

1

;

2

=

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ 4|| 3

 

3

+ 4|| 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

2 3

 

+

 

1 4|| 3 ;

=

 

 

2 4

 

+ 1 4|| 3 ;

3

 

 

3

+ 4|| 1

 

1+ 4|| 3

 

 

4

 

3+ 4|| 1

 

 

1+ 4|| 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2 4|| 1

+

 

 

1 1 ;

 

=

 

 

 

1 2

+

2 2

1

 

 

3

+ 4|| 1

 

 

1+ 4|| 3

 

 

 

2

 

 

1+ 4|| 3

 

 

 

3+ 4|| 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх = =

 

1

 

+

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

||

 

 

+

||

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

4

3

 

 

3

4

1

3.В приведенной схеме сумматора-вычитателя на ОУ получите выражение для выходного напряжения и рассчитайте его.

U1=1B

2R

6R

 

U2=2B

4R

 

 

U3=2B

R

 

 

U4=0B

2R

DA1

Uвых

 

 

 

3R

 

 

U

 

= U

3

∙ 1 +

 

R6

 

 

R5

+ +U

4

∙ 1 +

 

 

R6

 

 

R5

− −U ∙

R6

− U

2

R6

;

 

 

R1∙R2

 

 

 

 

R1∙R2

 

 

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

 

 

 

 

 

R3+R5

 

 

 

 

 

 

 

 

R4+R5

1

R1

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

R1+R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1+R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2 ∙ 1 +

 

 

6R

 

 

3R

+ +0 ∙ 1 +

 

6R

 

 

3R

− −1 ∙

6R

− 2 ∙

6R

;

 

 

 

 

 

2R∙4R

 

 

 

 

2R∙4R

 

 

 

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

 

 

 

R+3R

 

 

 

 

 

 

2R+3R

 

2R

 

 

4R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2R+4R

 

 

 

 

 

 

2R+4R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вых = 2 ∙ 5,5 ∙ 0,75 + 0 − 1 ∙ 3 − 2 ∙ 1,5вых = 8,25 − 3 − 3 = 2,25В

4. Нарисуйте схему неинвертирующего сумматора аналоговых сигналов на два входа с различными весовыми коэффициентами по каждому из входов. Получите выражение для выходного напряжения. Покажите, как обеспечить плавную регулировку коэффициента передачи по одному из каналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- = вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д + ос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+

 

 

+

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

+

 

 

2

+

3

+

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

Пусть

= =

= =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+ − +

+ − + + − + = 0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ + + + = +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

=> + =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

 

=

1

∙ + + + +

 

 

 

 

 

 

 

д + ос

 

 

 

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

д + ос

∙ + + + +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

д

 

 

 

1 2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если свести дробь к 1, то получим чистый сумматор.

ос = − 1 ∙ д

Недостаток: нет возможности складывать напряжения с разными весовыми коэффициентами.

 

 

24

 

 

 

 

14

 

 

 

+ =

2+ 4

 

∙ +

 

1+ 4

 

 

 

+

24

 

1

 

+

14

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2+ 4

 

 

2

 

1+ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д + ос

 

 

24

 

 

 

 

 

14

 

 

 

вых =

 

2+ 4

 

1

+

 

1+ 4

 

2

 

 

 

 

 

д

1

+

24

 

2

+

14

 

 

 

2+ 4

 

 

 

1+ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Недостаток: Сложность расчета весовых коэффициентов. Невозможно перестраивать.

5.В приведенной схеме интегратора определите напряжение на выходе к моменту окончания входного импульса. Нарисуйте сфазированные диаграммы входного и выходного напряжений на участке t от 0 до 200 мс. Параметры схемы: R = 100 кОм, С = 0.1 мкФ, t1 = 100 мс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, < 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх = 5 ∙ , 0 ≤ ≤ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, ≥ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если считать ОУ идеальным , то вых = − .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

=

 

вх

;

 

= 0; =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вых = −

 

вх + 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вых = −

1

 

5 ∙ 2

= − ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

5

2

=

 

1 ∙ 0,01 ∙ 5

 

 

 

 

 

= 2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

100 ∙ 103 ∙ 0,1 ∙ 10−6

∙ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Приведите схему дифференциатора. Нарисуйте сфазированные диаграммы входного и выходного напряжений, если известно вх( ) = (– / ).

Получите выражение для АЧХ.

 

= − ;

 

=

∙ ;

вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

= ∙

 

; = − ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вх

 

= − ∙ ∙

вх

;

 

 

 

 

 

вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АЧХ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

ос

=

 

 

 

 

= ∙ ∙

 

1

 

 

 

 

 

вх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Докажите, что приведенная схема логарифмирует входное напряжение. Приведите зависимость выходного напряжения от входного. Нарисуйте временные диаграммы входного и выходного напряжений.

 

VT

 

R

Uвх

DA1 Uвых

 

Диоды вместо транзисторов используются очень редко, т.к. ВАХ диода сильно зависит от температуры. ВАХ зависит от величины тока, т.е. сильно отклоняется от экспоненты.

НАЗНАЧЕНИЕ: сжатие аналоговых сигналов, выполнение операций умножения.

НЕДОСТАТОК: схема склонна к самовозбуждению и не допускается включения обратной полярности.

8. Приведите схему антилогарифмического усилителя. Поясните принцип действия. Приведите зависимость выходного напряжения от входного. Нарисуйте временные диаграммы входного и выходного напряжений.

Для схем с заземлённой базой m=1, а единицей можно пренебречь.

Недостаток: низкое входное сопротивление

Схема не склонна к самовозбуждению.

9. Приведите схему автогенератора гармонических колебаний на ОУ. Поясните принцип действия, докажите выполнение условий самовозбуждения в вашей схеме.

R1 R2

 

 

Uвых

C

 

 

R

C

R

Для самовозбуждения необходима выполнения 2 условий: - баланс амплитуд; - баланс фаз. Автогенератор собирается на неинвертирующем усилителе и мостом Вина в цепи положительной обратной связи. Коэффициент передачи моста Вина на квизирезонансной частоте равен 1/3, следовательно для выполнения условия самовозбуждения необходимо чтобы коэффициент усиления ус

Uвых

Uнас

Мост Вина

усилитель

Uвх

Uвых [В]

t, [c]

10. Приведите схему автоколебательного мультивибратора на ОУ (tи+ > tи). Нарисуйте диаграммы напряжений на выходе и на времязадающем конденсаторе, получите формулу для расчета длительности положительного импульса.

 

Принцип действия:

 

При включении питания за счёт

 

переходных процессов или

 

шумов на выходе

 

операционного усилителя

 

появляется напряжение сдвига.

 

Часть этого напряжения через

 

делитель R1 R2 подаётся на

 

неинвертирующий вход, при

этом ΔU≠0.

U усиливается увеличивая Uсдв на выходе. Uвых

продолжает расти пока не достигает Uнас.

Пусть в t=0 Uвых= +Uнас. Uc(0)=0. По цепи ООС (VD+, R3,C)

начинается заряд С с τ=RC. Когда Uc= Uпор. происходит

опрокидывание схемы и Uвых становится равным

-Uнас. Цепь ПОС фиксирует это состояние,

подавая на неинвертирующий вход U= βUнас

 

При этом Uc не успевает измениться и начинается переходный процесс перезарядка емкости, но уже по

цепи (VD-, R4, C) со своей τ. Uc стремится к –Uнас, но достигнув

-βUнас схема вновь

опрокидывается и всё повторяется сначала.

 

2

11. Поясните, для чего и каким образом вводится гистерезис в компаратор на ОУ?

Гистерезис вводиться в схемах компаратора для исключения дребезга, который имеет место в том случае, если сравниваемое напряжение защумлено и подходит к порогу срабатывания с низкой скоростью.

вых = + , то к 2 прибавляется пор

пор + 2 = 2 + 1 + 2

вых = −

2 пор = 2 2

1+ 2

Введение гистерезиса исключает ложное срабатывание, но возникает задержка. Эта задержка вносит временную паузу, и она тем больше, чем больше разбег. Поэтому вводиться ПОС, необходимо выбрать ее минимально возможное.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.