2. Дослідження диференціюючого та інтегруючого підсилювачів

Мета роботи - вивчення принципу роботи, основних параметрів і характеристик диференціюючого та інтегруючого підсилювачів побудованих на ОП, практичне дослідження схем.

Теоретичні відомості

Найпростіші схеми інтегратора і диференціатора наведені на рис. 4, а та 4, б.

Інтегратор (рис. 4, а). Цей підсилювач також є інвертуючим ОП з НЗЗ, виконаним на конденсаторі С и резисторі R, що для вхідного сигналу, є інтегруючим колом. Застосування ІМС ОП зменшує похибку інтегрування в Кі ОП раз у порівнянні з пасивним інтегруючим колом. Інтегрування аналогових сигналів відбувається в ОП з ємнісним зворотнім зв‘язком. Завдяки великому коефіцієнту підсилення і малому вхідному струму напруга на інверсному вході підсилювача близька до нуля, а струми вхідного кола і кола зворотного зв‘язку приблизно рівні. Вихідна напруга:

(1)

де RC=τ - постійна часу інтегруючого кола.

Перехідна характеристика реального інтегратора, на відміну від ідеального, не є абсолютно лінійною, хоча і наближається до неї на більшій частині перехідного процесу. Спотворення перехідної характеристики проявляються як викиди у верхній або нижній областях характеристики. Отже, на виході реального інтегратора при стрибку напруги на вході ми отримаємо не лінійно змінну напругу, як це би було у випадку ідеального інтегратора, а експоненційну, характерну для звичайної інтегруючого RC-кола.

В

а) б)

Рис. 4

ідхилення реальної перехідної характеристики від ідеальної проявляється особливо помітно в початковий момент інтегрування (через кінцеву швидкодію ОП) і в області великих значень часу через кінцеве значення коефіцієнта підсилення Кu. Найбільша точність інтегрування досягається, коли час інтегрування t_i<<KuRC, а амплітуда сигналу на виході інтегратора U_вих<<U_вхKu.

Диференціатор (рис. 4, б). У такому підсилювачі ІМС ОП включений за схемою інвертуючого підсилювача, з НЗЗ, виконаної на резисторі R і конденсаторі С, що для вхідного сигналу є диференціюючим колом. Застосування ІМС ОП з великим коефіцієнтом підсилення значно зменшує похибку диференціювання в порівнянні з пасивним колом, що диференціює. Вихідна напруга

(2)

де RC= τ — постійна часу диференціюючого кола.

При збільшенні частоти зростає підсилення диференціатора сумування результату інтегрування з вхідним сигналом, помноженим на відношення R₂/R₁.

Порядок виконання роботи

ПІДГОТОВКА ДО РОБОТИ

Вивчити принцип роботи диференціаторів і інтеграторів, можливості застосування. Проаналізувати залежності форми вихідного сигналу від вхідного сигналу. Визначити вигляд вихідного сигналу при синусоїдальній, прямокутній та трикутній формах вхідних сигналів. Згідно індивідуального завдання (табл. 2.3. для інтегратора і табл. 2.4. для диференціатора) розміщеного нижче, визначити значення елементів схеми інтегратора та диференціатора. Для розрахунків враховувати що в макеті застосовано: в схемі інтегратора опори та ємності наведені в табл.2.1., в схемі диференціатора опори на ємності наведені в табл.2.2

Табл. 2.1.

№	1	2	3	4
C, Нф	22	47	100	470
R, кОм	10	20	50	100

Табл. 2.2.

№	1	2	3	4
C, нФ	3,90	6,80	10	15
R, кОм	10	20	50	100

Табл. 2.3.

№ варіанта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота, f, Гц	21,7	10,2	6,92	4,77	3,91	3,25	2,83	20,32	9,55	6,5
№ варіанта	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Частота, f, Гц	50,6	23,7	16,1	11,1	9,1	7,6	6,6	40,64	19,1	12,99
№ варіанта	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Частота, f, Гц	108,5	50,79	34,6	23,87	19,57	16,24	14,13	122,98	27,08	60,95

Табл. 2.4.

№ варіанта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота, f, Гц	1041	801	663	538	589	511	433	445	385	350
№ варіанта	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Частота, f, Гц	1784	1374	1136	922	1010	876	743	763	660	600
№ варіанта	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Частота, f, Гц	2231	1717	1421	1153	1263	1095	928	954	826	750

Проведення досліджень

Дослідження схеми інтегратора

1. Зібрати схему інтегратора в полі лабораторного макету Integrator, що відповідає рис. 4 а.

2. Подати на вхід прямокутний сигнал з частотою згідно індивідуального завдання:

Зарисувати осцилограму вихідного сигналу. Переконатися, що вихідна напруга дорівнює інтегралу від вхідної напруги.

3. Подати на вхід сигнал з частотою в два рази вищою ніж заданою згідно індивідуального завдання. Повторити операції викладені в п.2.

Дослідження схеми диференціатора

1. Зібрати схему диференціатора в полі лабораторного макету Differentiator, що відповідає рис. 4 б.

2. Подати на вхід прямокутний сигнал частотою з частотою згідно індивідуального завдання:

Зарисувати осцилограму вихідного сигналу. Переконатися, що вихідна напруга дорівнює похідній від вхідної напруги.

3. Подати на вхід сигнал з частотою в два рази вищою ніж заданою згідно індивідуального завдання. Повторити операції викладені в п.2.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Поясніть схему інтегратора та наведіть вираз сталої часу.

2. Що таке перехідна характеристика та чим відрізняється реальна від ідеальної?

3. Поясніть принцип дії та роботу диференціатора.

4. Що собою конструктивно являє ОП та як він працює?