«Исследование операционных усилителей в виртуальной лаборатории»

Цель работы: Исследовать работу операционных усилителей в пакете Multisim.

Содержание работы.

1. Исследование схем неинвертирующего, инвертирующего операционных усилителей, а также сумматора и интегратора.

2. Получение графиков входного и выходного напряжений схем.

3. Определение коэффициентов усиления схем неинвертирующего, инвертирующего ОУ и сравнение с заданным значением.

4. Определение зависимостей выходного напряжения сумматора и интегатора и сравнение с расчетным значением.

Порядок выполнения работы.

1. Выбрать в базе компонентов из группы ANALOG семейство OPAMP_3T_VIRTUAL трёхточечный операционный усилитель (далее - ОУ), содержащий 2 входа: «+» - прямой вход и «-» - инверсный. Выход не обозначен (см рис.7.5).

Рис. 7.5

2. Свойства ОУ необходимо задать при помощи двойного щелчка на нём: открыть окно ANALOG_VIRTUAL, где выбирать вкладку Value (см. рис. 7.6):

Рис. 7.6

Основной параметр – коэффициент усиления на постоянном токе Open Loop Gain задаётся в кВ/В: на входе В, на выходе кВ, таким образом зашифрован порядок коэффициента усиления на постоянном токе. Для данного случая – 200 000 единиц.

Входное сопротивление Input Resistance задаём в МОм, выходное - Output Resistance – десятки Ом.

Качество ОУ характеризуется выходным максимальным напряжением Positive Voltage Swing (VSW+) и Positive Voltage Swing (VSW+) обычно не более 15 В.

Напряжение смещения Input Offset Voltage (при нулевом напряжении на входе, на выходе появляется напряжение, отличное от нуля). Устанавливаем на выходе ноль и будем использовать идеальные параметры.

Ток смещения Input Bias Current установим также равным нулю.

Скорость нарастания напряжения Slew Rate примем 500 кВ/сек: чем это больше, тем лучше качество усилителя, т.е. быстрее изменяется выходное напряжение.

Полоса единичного усиления Unity-Gain Bandwidth 1,5 МГц, при которой коэффициент усиления равен единице. Мы работаем на малых частотах.

Значение емкости Compensation Capacitance не меняем.

Сохранить изменения, нажав клавишу ОК.

3. Изобразить основные операционные схемы – неинвертирующего, инвертирующего, суммирующего усилителей и интегратора (см. рис. 7.7-7.10), снять зависимости выходного напряжения.

Для этого на вход подключить функциональный генератор. Задать амплитуду 0,2 В и частоту 1 кГц. Форма сигнала – синусоидальная.

Для каждой бригады задаём коэффициенты усиления К_U=5·Х, где Х – номер рабочего места. Значения резисторов для каждой схемы подобрать таким образом, чтобы обеспечить требуемое значение К_U.

Рис. 7.7 Рис. 7.8

Формулы пусть смотрят в лекциях или, может, привести?

Рис. 7.9 Рис. 7.10

Инвертирующий и неинвертирующий операционные усилители. Получить график входного и выходного напряжений с помощью анализа «Transient Analysis». Для этого открыть окно настройки анализа (Текстовое меню «Simulate/Analysis/Transient Analysis …» или иконка), на закладке «Output» выбрать узел входного и выходного сигнала. По графику определить амплитуды напряжений и рассчитать коэффициенты усиления (см. рис. 7.11-7.12).

Рис.7.11.

Рис. 7.12

Сумматор. Для одного сигнала задать требуемый К_U, а для второго – в 2 раза меньше. С помощью анализа «Transient Analysis» построить графики входных и выходных сигналов, определить значение выходного напряжения (см. рис. 7.13).

Рис.7.13

Интегратор. Задать при помощи резистора и конденсатора требуемую постоянную времени τ=0,001·Х, где Х – номер рабочего места. Получить временную зависимость выходного напряжения интегратора и определить входное и выходное напряжения в произвольный момент времени (см. рис. 7.14). Выполнить проверку аналитическим расчетом.

Рис.7.14

4. Выводы. Сравнить значения заданных (расчетных) и экспериментальных К_U, U_вых(t).

Содержание отчета.

Лабораторная работа № 8а