41990

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Интегратор на ОУ Недостатком этой схемы является дрейф выходного напряжения обусловленный напряжением смещения и входными токами ОУ. Выходное напряжение этой схемы при подаче на нее скачка входного напряжения амплитудной Uвх изменяется в соответствии с выражением: Uвых = Uвх[1 exp ]. На начальном интервале переходного процесса при t R2С изменение выходного напряжения Uвых будет достаточно близко к линейному и скорость его изменения может быть вычислена из выражения: . Суммирование постоянного и переменного напряжения.

Русский

2013-10-26

170 KB

13 чел.

Лабораторная работа №10

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Цель работы: исследование схем сумматора, интегратора и дифференциатора на операционных усилителях (ОУ).

Краткие теоретические сведения.

Сумматор. В идеальном суммирующем усилителе, показанном на рис.10.1, выполняются следующие соотношения:

I1 = ,   I2 = ,  Iос = I1 + I2 ,  Iос = -Uвых / Rос.

Из полученных соотношений

Uвых = - ( I1 + I2Rос = - ()· Rос = -  (U1+U2).

Последнее выражение справедливо при R = R1 = R2.

Рис.10.1

Интегратор.   На рис. 10.2 показана схема, выполняющую  функцию интегрирования. Для этой схемы

     и тогда       Uвых = - ·d t + const.

Рис.10.2. Интегратор на ОУ

Недостатком этой схемы является дрейф выходного напряжения, обусловленный напряжением смещения и входными токами ОУ.

Это нежелательное явление можно ослабить, если к конденсатору С подключить резистор R2 с большим сопротивлением (рис.10.3), обеспечивающий стабилизацию рабочей точки за счет обратной связи по постоянному току.

Рис.10.3. Интегратор с дополнительным резистором R2

Резистор обратной связи R2 предотвращает также насыщение ОУ после заряда конденсатора, когда ток через конденсатор станет равным нулю. Выходное напряжение этой схемы при подаче на нее скачка входного напряжения амплитудной Uвх изменяется в соответствии с выражением:

Uвых = - Uвх[1 exp (-)].

На начальном интервале переходного процесса при  t << R2С, изменение выходного напряжения Uвых будет достаточно близко к линейному и скорость его изменения может быть вычислена из выражения:

.

Дифференциатор. Схема дифференциатора приведена на рис. 10.4. Выходное напряжение схемы пропорционально скорости изменения входного сигнала:                                 Uвых = -R2·C.

Рис.10.4.Дифференциатор на ОУ

Порядок проведения экспериментов.

Все полученные результаты занесите в соответствующий  раздел «Результаты экспериментов».

Эксперимент 1. Суммирование постоянных напряжений.

а) Соберите схему, изображенную на рис. 10.1. Включите схему.

б) По заданным номиналам элементов схемы рассчитайте значение токов  I1, I2,  Iос и, используя значения напряжений U1 и U2, вычислите выходное напряжение Uвых.

Эксперимент 2. Суммирование постоянного и переменного напряжения.

а) Соберите схему, изображенную на рис.10.5. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения. Измерьте постоянную составляющую и амплитуду выходного напряжения Uвых, используя значения напряжений U1 и U2.

б) Установите значение сопротивления R2 равным 2.5кОм. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения. Измерьте постоянную  составляющую и амплитуду выходного напряжения Uвых, используя значения напряжений U1 и U2.

Рис.10.5

Эксперимент 3.Сумирование переменных напряжений.

а) Соберите схему, изображенную на рис.10.6. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения.  Измерьте амплитуды входных и выходного напряжений. Вычислите амплитуду выходного напряжения Uвых по известным значениям U1 и U2.

Рис.10.6

Эксперимент 4. Переходной процесс в схеме интегратора.

Соберите схему, изображенную на рис.10.3. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений схемы при подаче на вход напряжения в виде последовательности прямоугольных импульсов. Измерьте амплитуду входного напряжения и определите по осциллограмме скорость изменения выходного напряжения. Для установившегося процесса измерьте амплитуду выходного напряжения.  

Эксперимент 5. Влияние амплитуды входного напряжения на переходной процесс в схеме интегратора.

В схеме, изображенной на рис. 10.3, установите амплитуду генератора равной 2 В и установите масштаб напряжения на входах А и В осциллографа 2 V/div. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений. Измерьте амплитуду входного напряжения и определите по осциллограмме скорость изменения входного напряжения. Сравните осциллограммы выходного напряжения, полученного в этом и предыдущем экспериментах. Для установившегося процесса измерьте амплитуду выходного напряжения.

Эксперимент 6. Влияние параметров схемы на переходный процесс в схеме интегратора.

а) В схеме рис. 10.3 установите сопротивление R1 равным 5 кОм, амплитуду генератора 5 В. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений. Запишите амплитуду входного напряжения и определите по осциллограмме скорость изменения выходного напряжения в начале процесса. Сравните осциллограмму выходного напряжения, полученную в данном эксперименте с осциллограммой, полученной в эксперименте 4.

б) В схеме рис. 10.3 установите емкость конденсатора равной 0.02мкФ. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения в разделе «Результаты экспериментов». Запишите амплитуду входного напряжения и определите по осциллограмме скорость изменения выходного напряжения в начале процесса. Сравните осциллограмму выходного напряжения, полученную в данном эксперименте, с осциллограммой, полученной в эксперименте 4.

Эксперимент 7. Переходной процесс в схеме дифференциатора на ОУ.

а) Соберите схему, изображенную на рис.10.4. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения. По полученным осциллограммам определите скорость изменения входного напряжения и амплитуду выходного напряжения,  

б) По заданным параметрам схемы и найденному значению скорости изменения входного напряжения рассчитайте амплитуду выходного напряжения.  

Эксперимент 8. Влияние частоты входного напряжения на выходное напряжение дифференциатора.

а) В схеме рис. 10.4 установите частоту генератора равной 2 кГц. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжений. По полученным осциллограммам определите скорость изменения входного напряжения и амплитуду выходного напряжения.   Сравните осциллограмму выходного напряжения, полученную в данном эксперименте, с осциллограммой, полученной в эксперименте 7.

б) По заданным параметрам схемы и найденному значению скорости изменения входного напряжения рассчитайте амплитуду выходного напряжения.  

Эксперимент 9. Влияние сопротивления в цепи обратной связи на выходное напряжение дифференциатора.

а) В схеме рис.10.4 восстановите начальную частоту генератора, а величину сопротивления в цепи обратной связи установите равной 10 кОм. Зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения. По полученным осциллограммам определите скорость изменения входного напряжения и амплитуду выходного напряжения.   Сравните осциллограмму выходного напряжения, полученную в данном эксперименте, с осциллограммой, полученной в эксперименте 7.

б) По заданным параметрам схемы и найденному значению скорости изменения входного напряжения рассчитайте амплитуду выходного напряжения.  

Эксперимент 10. Влияние емкости конденсатора на выходное напряжение дифференциатора.

а) В схеме рис. 10.4  восстановите первоначальное значение параметров схемы, а величину емкости конденсатора установите равной 0.1мкФ. Включите схему. После установления процесса зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения. По полученным осциллограммам определите скорость изменения входного напряжения и амплитуду выходного напряжения.   Сравните осциллограмму выходного напряжения, полученную в данном эксперименте, с осциллограммой, полученной в предыдущем эксперименте.

б) По заданным параметрам схемы и найденному значению скорости изменения входного напряжения рассчитайте амплитуду выходного напряжения.  

Результаты экспериментов.

Эксперимент 1. Суммирование постоянных напряжений.

U1 = 5 В,  U2 = 3 В.

I1

I2

I=I1+I2

IОС

UВЫХ

Расчет

Измерение

Расчет

Измерение

Расчет

Измерение

Расчет

Измерение

Расчет

Измерение

Эксперимент 2. Суммирование постоянного и переменного напряжения.

а) Сопротивление R2 = 5 кОм.                                                                        

Постоянная составляющая U0вых, В

Расчет __________________  Измерения________________

Амплитуда переменной составляющей напряжения Uвых, В

Расчет ________________      Измерения_______________

Осциллограммы входного и выходного напряжений

б) Сопротивление R2 = 2.5 кОм.

Постоянная составляющая U0вых, В

Расчет _______________   Измерения_________________

Амплитуда переменной составляющей напряжения Uвых, В

Расчет ______________      Измерения_________________

Осциллограммы входного и выходного напряжений

Эксперимент 3. Суммирование переменных напряжений.

Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда выходного напряжения Uвых, В

Расчет _______________     Измерения_________________

     Эксперимент 4. Переходный процесс в схеме интегратора.

Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда входного напряжения, В        Измерения_______

Скорость изменения входного напряжения, В/с  Измерения______

Амплитуда выходного напряжения, В       Измерения______

Эксперимент 5. Влияние амплитуды входного напряжения на переходной процесс в схеме интегратора.

Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда входного напряжения, В     Измерения______

Скорость изменения входного напряжения, В/с Измерения______

Амплитуда выходного напряжения, В   Измерения_____

Эксперимент 6. Влияние параметров схемы на переходной процесс в схеме интегратора.

а) Сопротивление R1 = 5 кОм.

Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда входного напряжения, В      Измерения_____

Скорость изменения выходного напряжения, В/с  Расчет _____

б) Емкость конденсатора  С = 0.02 мкФ.

Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда входного напряжения, В                Измерения______

Скорость изменения выходного напряжения, В/с  Расчет _____

Эксперимент 7. Переходный процесс в схеме дифференциатора.

а)Амплитуда входного напряжения, В             Измерения_____

Скорость изменения выходного напряжения, В/с         Расчет ____

Осциллограммы входного и выходного напряжений

б) Амплитуда входного напряжения, В      Измерения______

Выходное напряжение, В                          Расчет _____

Эксперимент 8. Влияния частоты входного напряжения на выходное напряжение дифференциатора.

а)Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда выходного напряжения, В                     Измерения_____

Скорость изменения выходного напряжения, В/с    Расчет _____

б)Амплитуда входного напряжения, В            Измерения______

Выходное напряжение, В                                            Расчет _____

Эксперимент 9. Влияние сопротивления в цепи обратной связи на выходное напряжение дифференциатора.

а)Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда выходного напряжения, В                   Измерения______

Скорость изменения выходного напряжения, В/с      Расчет _____

б)Амплитуда входного напряжения, В            Измерения______

Выходное напряжение                                                 Расчет _____

Эксперимент 10. Влияние емкости конденсатора на выходное напряжение дифференциатора.

а)Осциллограммы входного и выходного напряжений

Амплитуда выходного напряжения, В              Измерения________

Скорость измерения выходного напряжения, В/с       Расчет  _____

б)Амплитуда выходного напряжения, В      Измерения______

Контрольные вопросы и задания

Лабораторная работа №11

ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОМПАРАТОРОВ

Цель работы: исследование схем компараторов на основе операционных усилителей.

Краткие теоретические сведения

Функциональное назначение компаратора заключается в изменении состояния выхода при переходе входным напряжением некоторого порогового значения. В качестве компаратора может применяться ОУ. При этом ОУ работает преимущественно в области положительного или отрицательного ограничения выходного напряжения, проходя область усилительного режима только вблизи порога.

На рис. 11.1 и 11.2 приведены схемы детекторов нулевого уровня, имеющих близкое к нулю пороговое напряжение. Схемы различаются способом подачи входного сигнала на вход ОУ. Использование разных входов ОУ для подачи входного сигнала позволяет реализовать фиксацию уровня входного напряжения положительным или отрицательным перепадом напряжения на выходе компаратора.

Рис.11.1

На рис. 11.3 и 11.4 приведены схемы детекторов положительного и отрицательного уровней входного напряжения. Пороговый уровень входного напряжения в этих схемах задается величиной напряжения смещения, подаваемого на инвертирующий вход ОУ. Напряжение смещения может задаваться стабилитроном, как показано на рис. 11.5.

Рис.11.2

Рис. 11.3

Рис. 11.4

Максимальное и минимальное значение выходного напряжения можно задавать при помощи внешних элементов. На рис. 11.6 приведена схема детектора нулевого напряжения с фиксацией уровней выходного напряжения при помощи стабилитрона.

Рис.11.5         Рис. 11.6

Компаратор на рис. 11.7 фиксирует наличие входного напряжения в определенном диапазоне значений. Если входное напряжение изменяется в пределах пороговых значений, устанавливаемых внешними элементами, то выходное напряжение имеет низкий уровень. При выходе за установленные пределы выходное напряжение изменяется на высокий уровень.

Рис. 11.7

Динамику переключения выходного напряжения схемы можно проследить по осциллограммам входного и выходного напряжения. При снятии этой характеристики на вход схемы подается гармоническое напряжение и двухлучевым осциллографом фиксируется входное и выходное напряжения.

Порядок проведения экспериментов

Результаты всех измерений и осциллограммы занести в раздел «Результаты экспериментов»

Эксперимент 1. Исследование характеристик детектора нулевого уровня с подачей сигнала на неинвертирующий вход ОУ

Соберите схему, изображенную на рис. 11.1. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного  и выходного сигналов. Определите пороговое значение входного напряжения Uвх.

Эксперимент 2. Исследование характеристик детектора нулевого уровня с подачей сигнала на инвертирующий вход ОУ

Соберите схему, изображенную на рис. 11.2. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного  и выходного сигналов. Определите пороговое значение входного напряжения Uвх.

Эксперимент 3. Исследование характеристик компаратора с положительным опорным напряжением

Соберите схему, изображенную на рис. 11.3. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного  и выходного сигналов. Определите пороговое значение входного напряжения Uвх.

Эксперимент 4. Исследование характеристик компаратора с отрицательным опорным напряжением

Соберите схему, изображенную на рис. 11.4. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного  и выходного сигналов. Определите пороговое значение входного напряжения Uвх.

Эксперимент 5. Исследование характеристик компаратора с опорным напряжением, задаваемым стабилитроном

Соберите схему, изображенную на рис. 11.5. Включите схему. Зарисуйте осциллограммы входного  и выходного сигналов. Определите пороговое значение входного напряжения Uвх и сравните его с напряженней стабилизации стабилитрона.

Эксперимент 6. Исследование характеристик компаратора с фиксацией выходного напряжения

а) Соберите схему, изображенную на рис.11.6. Включите схему. Зарисуйте полученные осциллограммы входного и выходного напряжения. По осциллограммам определите уровни выходного напряжения и пороговое напряжение.

б) В схеме рис.11.6 измените направление включения стабилитрона на обратное. Включите схему. Повторите операции п. а).

Эксперимент 7. Исследование характеристик компаратора с фиксированном зоной входного напряжения

Соберите схему, изображенную на рис.11.7.  Включите схему. Зарисуйте полученные осциллограммы входного и выходного напряжений. Определите пороговые напряжения Uнижн и Uверхн.

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Исследование характеристик детектора нулевого уровня с подачей сигнала на неинвертирующий вход ОУ

Осциллограммы

Пороговое напряжение UП =

Эксперимент 2. Исследование характеристик детектора нулевого уровня с подачей сигнала на инвертирующий вход ОУ

Осциллограммы

Пороговое напряжение UП =

Эксперимент 3. Исследование характеристик компаратора с положительным опорным напряжением

Осциллограммы

Пороговое напряжение UП =

Эксперимент 4. Исследование характеристик компаратора с отрицательным опорным напряжением

Осциллограммы

Пороговое напряжение UП =

Эксперимент 5. Исследование характеристик компаратора с опорным напряжением, задаваемым стабилитроном

Осциллограммы

Пороговое напряжение UП =

Эксперимент 6. Исследование характеристик компаратора с фиксацией выходного напряжения

а) При прямом включении стабилитрона

Осциллограммы

Уровни выходного напряжения, В

Пороговое напряжение UП =

б) При обратном включении стабилитрона

Осциллограммы

Уровни выходного напряжения, В

Пороговое напряжение UП =

Эксперимент 7. Исследование характеристик компаратора с фиксированном зоной входного напряжения

Осциллограммы

Верхний уровень порогового напряжения UВЕРХН, В

Нижний уровень порогового напряжения UНИЖН, В

Контрольные вопросы и задания

1) Каковы особенности применения ОУ в схемах компараторов?

2) Перечислите способы построения схем детекторов положительного уровня входного напряжения.

3) Чем определяется точность задания порогов входного напряжения в схемах детекторов уровня на основе ОУ?

4) На чем основана работа компаратора с фиксированной зоной входного напряжения?

PAGE  16


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24360. Предмет философии науки: общие закономерности научного познания в его историческом развитии и изменяющемся социокультурном контексте 54.5 KB
  Функции науки культурная технологическая наука как фактор соц регуляции проективно конструктивная экологическая Научное познание процесс получения объективного истинного знания направленного на отражение закономерности действительности. 9 Предмет и структура философии науки Специфика предмета науки определяется в ходе исследовательской деятельности. Поэтому представление о предмете философии науки в истории развития этой отрасли знания существенно меняется.
24361. Наука и культура. Традиционалистический и техногенный тип цивилизации. Ценность научной рациональности 53.5 KB
  Тема соотношения науки и культуры обширна здесь много деталей но общий механизм их взаимодействия таков: наука выявляя законы изменения природных и социальных процессов становится необходимым условием их управления воздействует на потребности общества помогает человечеству в выборе жизненных стратегий поиске путей культурного развития. Надежность влияния культуры на науку подчеркивает хотя бы тот факт что не всякая культура способна продуцировать науку: многие культуры в истории человечества в частности культура майя обходились без...
24362. Соотношение науки и философии 100.5 KB
  Первые пять вопросов получили впоследствии в философии название онтологических или метафизических первый смысл этого понятия проблем. Шестой вопрос гносеологические вопросы философии: философия вырабатывает положения являющиеся базисными для познающего мир о глобальности и абсолютности материи о постоянном развитии мира в целом и отдельных его частей о сотканности мира из противоречий о маятникообразности всех процессов относительно положения равновесия о несводимости закона целого к законам его частей и др. И если на какомто...
24363. Единство и различие науки и искусства 60 KB
  Он же положил начало тенденции рассматривать поэзию в качестве главной составляющей искусства. Белинский утверждал что наука живая современная наука сделалась пестуном искусства и без нее немощно вдохновение бессилен талант. Новый виток обсуждения взаимоотношений науки и искусства связан с огромными достижениями науки и искусства XX столетия.
24364. Наука и обыденное познание 52 KB
  Наряду с научным художественным философским существует обыденное сознание познание. Эксперты отмечают сложность четкой структуризации понятия обыденное знание. К обыденным знаниям относят: практические знания необходимые человеку для решения повседневных задач основанные на здравом смысле умения навыки социальный опыт; исторически первый способ идеального отражения в форме мифологического знания; обыденное массовое сознание в форме стихийного массового опыта и др.
24365. Наука и религия в современной культуре 62 KB
  Научное и религиозное познание Для целей нашего исследования представляет определенный интерес и сопоставление научного и религиозного познания. В общественном сознании россиян под влиянием атеистической критики религии сложилось представление о противоположности и даже несовместимости науки и религии религиозного и научного познания. В рамках данного раздела мы не имеем возможности исследовать все эти грани а сконцентрируем преимущественное внимание на сопоставлении специфики научного и религиозного познания. И именно эта специфичность...
24366. Роль науки в современном образовании и формировании личности 32.5 KB
  Образовательный процесс выступает в качестве исходной территории на которой происходит встреча индивида и науки подготовка его к жизнедеятельности в данном обществе и формирование зрелой личности. Образование необходимая ступень социализации личности. Образование подразумевает не только процесс передачи знания но и процесс окультурования личности самого учащихся.
24367. Основные функции науки в жизни общества (наука как мировоззрение, как производительная и социальная сила) 59 KB
  Культурная сущность науки влечет за собой ее этическую и ценностную наполненность. Результативная функция науки осуществляется из систему образования воспитания обучения и подключения членов общества к исследовательской деятельности и эпосу науки. Функций у науки много и с ее развитием их становится все больше и больше.
24368. Возникновение науки. Две стратегии порождения знаний: обобщение практического опыта и конструирование теоретических моделей 104 KB
  Такой например характер имели геометрические знания древних египтян. Однако по мере развития практики наряду с отмеченными способами познания формируется новый способ построения знания. При таком методе исходные идеальные объекты черпаются уже не из практики а заимствуются из ранее сложившихся систем знаний языка и применяются в качестве строительного материала при формировании нового знания. Таким образом в науке наряду с эмпирическими правилами и зависимостями которые знала и преднаука формируется особый тип знания теория...