Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ
Отчет по лабораторной работе №4
Дисциплина: «Электроника и схемотехника»
Исследование функциональных особенностей операционных усилителей
Выполнил:
Студент 3 курса
Группы 11-ББ-ИБ3
Калиниченко И.А.
Проверил:
к.т.н., профессор Тельнов Г.В.
Краснодар 2013
Цель работы:
Учебные вопросы:
1. Исследование инвертирующего ОУ.
1. Исследование инвертирующего ОУ
Составим электрическую схему инвертирующего ОУ и подключить к схеме измерительные приборы (осциллограф, мультиметр и вольтметр) как показано на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема исследования инвертирующего операционного усилителя
Исследования в режиме постоянного тока
Напряжение на
входе ОУ
Входной сигнал
Напряжение на
выходе ОУ
Выходной сигнал
.
Рис. 1.2. Осциллограммы режима работы инвертирующего ОУ на постоянном токе
Коэффициент усиления исследуемой схемы по равен:
Рассчитаем коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной обратной связью по формуле:
Далее изменяя сопротивления R1 и R2, а также входное напряжение питания, занесем результаты расчетов в таблицу 1.1.
|
UВХ, мВ |
R1, Ом |
R2, Ом |
UВЫХ, мВ |
RВЫХ, МОм |
||
|
5 |
1000 |
1000 |
-1 |
-5 |
-1 |
0,5 |
|
5 |
1000 |
10 000 |
-10 |
-50 |
-10 |
5 |
|
5 |
4000 |
2000 |
-0,5 |
-2,5 |
-0,5 |
0,25 |
|
- 5 |
1000 |
1000 |
-1 |
5 |
-1 |
0,5 |
|
- 5 |
1000 |
10 000 |
-10 |
50 |
-10 |
5 |
|
- 5 |
4000 |
2000 |
-0,5 |
2,5 |
-0,5 |
0,25 |
Исследования в режиме переменного тока
Входной сигнал
Выходной сигнал
Амплитуда
вх. сигнала
Амплитуда
вых. сигнала
Рис. 1.3. Осциллограммы режима работы инвертирующего ОУ на переменном токе
Коэффициент усиления исследуемой схемы по равен:
Рассчитаем коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной обратной связью по формуле:
Далее изменяя сопротивления R1 и R2, занесем результаты расчетов в таблицу 1.2.
|
UВХ, мВ |
Um ВХ, мВ |
R1, Ом |
R2, Ом |
Um ВЫХ, мВ |
RВЫХ, МОм |
||
|
5 |
7 |
1000 |
1000 |
-1 |
7 |
1 |
0,35 |
|
5 |
7 |
1000 |
10 000 |
-10 |
70 |
10 |
5 |
|
5 |
7 |
4000 |
2000 |
-0,5 |
3,5 |
0,5 |
0,145 |
Вывод:
В ходе проведенных исследований инвертирующего операционного усилителя было выяснено, что при подаче сигнала на инвертирующий вход ОУ на выходе усилителя изменяется полярность выходного сигнала на противоположную.
При подаче синусоидального напряжения осуществляется сдвиг фазы усиливаемого сигнала на 1800.
Выходное напряжение такого усилителя рассчитывается по формуле: где - коэффициент усиления по напряжению.
2. Исследование суммирующего ОУ (сумматора напряжений)
Рис. 2.1. Схема для исследования сумматора напряжений
На рисунке 2.2 будем наблюдать осциллограммы входного и выходного сигнала.
Напряжение на
выходе ОУ
Входной сигнал
Выходной сигнал
Напряжение на
входе ОУ
Рис. 2.2. Осциллограммы напряжений на входе и выходе ОУ
где UВХ j – входные напряжения j- го источника;
Заметим, что полученное аналитически значение выходного напряжения ОУ полностью совпадает со значением, полученным экспериментально.
Далее изменяя напряжения источников, а также сопротивления резисторов, занесем показания измерительных приборов в таблицу 2.1.
|
UВЫХ, мВ (измер.) |
UВЫХ, мВ (расчет.) |
|||||
|
1 |
Е1 = 2 мВ, Е2 = - 6 мВ, Е3 = 5 мВ; R1=R2=R3 = 1кОм, R4 = 10 кОм |
|||||
|
-10 |
-10 |
-10 |
-10 |
10 |
-10 |
|
|
2 |
Е1 = 2 мВ, Е2 = - 6 мВ, Е3 = 5 мВ; R1=R2= 1кОм, R3 =2 кОм, R4 = 10 кОм |
|||||
|
-10 |
-10 |
-5 |
15 |
15 |
15 |
|
|
3 |
Е1 = 2 мВ, Е2 = - 6 мВ, Е3 = 5 мВ; R1=1 кОм, R2=2 кОм, R3 = 5 кОм, R4 = 10 кОм |
|||||
|
-10 |
-5 |
-2 |
0 |
0 |
0 |
|
|
4 |
Е1 = -5 мВ, Е2 = 7 мВ, Е3 = -10 мВ; R1=1 кОм, R2=2 кОм, R3 = 5 кОм, R4 = 10 кОм |
|||||
|
-10 |
-5 |
-2 |
35 |
4,375 |
35 |
Вывод:
В результате проведенных исследований суммирующего операционного усилителя было выяснено, что суммирующий усилитель вырабатывает выходное напряжение, величина которого пропорциональна сумме входных напряжений.
Напряжение на выходе такого усилителя рассчитывается по формуле:
3. Исследование вычитающего ОУ
При одновременной подаче напряжения на оба входа получается вычитающий усилитель. При выполнении следующего условия , усилитель становится дифференциальным и усиливает разность напряжений, приложенных к входам
Исследования в режиме постоянного тока
Рис. 3.1. Схема для исследования вычитающего (дифференциального) ОУ
Выходной сигнал
Напряжение на
входе ОУ
Напряжение на
выходе ОУ
Входной сигнал
Рис. 3.2. Осциллограммы напряжений вычитающего ОУ
Далее изменяя напряжения источников, а также сопротивления резисторов, занесем показания измерительных приборов в таблицу 3.1.
|
UВХ1, мВ |
UВХ2, мВ |
R1, кОм |
R2, кОм |
R3, кОм |
R4, кОм |
UВЫХ, мВ (расчет.) |
UВЫХ, мВ (измер.) |
|
|
10 |
15 |
1 |
1 |
10 |
10 |
-10 |
50 |
50 |
|
5 |
-13 |
1 |
2 |
10 |
5 |
-5 |
-90 |
-90 |
|
5 |
-13 |
1 |
1 |
4 |
4 |
-4 |
-72 |
-72 |
|
-2 |
-6 |
2 |
2 |
6 |
6 |
-3 |
-12 |
-12 |
|
-8 |
10 |
2 |
2 |
8 |
8 |
-4 |
72 |
72 |
Исследования в режиме переменного тока
Рис. 3.3. Схема для исследования вычитающего ОУ переменного и постоянного входных сигналах
Переменная составляющая UВЫХ
Постоянная составляющая UВЫХ
Рис. 3.4. Показания мультиметра в режиме измерения постоянной и переменной составляющей выходного напряжения ОУ
Амплитуда
вых. сигнала
Амплитуда
вх. сигнала
Входной сигнал
Выходной сигнал
Рис. 3.5. Осциллограммы напряжения UВХ1 и UВЫХ вычитающего ОУ при переменном UВХ1=10 мВ и постоянном UВХ2 = 15 мВ
Уровень постоянной
составляющей UВЫХ
Рис. 3.6. Измерение уровня постоянной составляющей UВЫХ
Далее изменяя напряжения источников, а также сопротивления резисторов, занесем показания измерительных приборов в таблицу 3.2.
|
UВХ1, мВ, f =5 Гц |
UВХ2, мВ |
R1, кОм |
R2, кОм |
R3, кОм |
R4, кОм |
UВЫХ, мВ (расчет.) |
UВЫХ, мВ (измер.) |
|
|
10 |
15 |
1 |
1 |
10 |
10 |
-10 |
150 |
150 |
|
5 |
-13 |
1 |
2 |
10 |
5 |
-5 |
65 |
65 |
|
5 |
-13 |
1 |
1 |
4 |
4 |
-4 |
52 |
52 |
Вывод:
В результате проведенных исследований вычитающего операционного усилителя было выяснено, что при одновременной подаче напряжения на оба входа на выходе вычитающего (дифференциального усилителя) вырабатывается выходной сигнал, пропорциональный разности входных сигналов. . При выполнении следующего условия , усилитель становится дифференциальным и усиливает разность напряжений, приложенных к входам. Напряжение на выходе такого усилителя рассчитывается по формуле:
4. Исследование повторителя напряжения
Рис. 4.1. Схема для исследования повторителя напряжения
Входной сигнал
Выходной сигнал
Амплитуда
вых. сигнала
Амплитуда
вх. сигнала
Рис. 4.2. Осциллограммы входного и выходного напряжений повторителя напряжения
Коэффициент усиления исследуемой схемы по равен:
Далее изменяя напряжения источников, а также сопротивления резисторов, занесем показания измерительных приборов в таблицу 4.1.
Таблица 4.1. Показания измерительных приборов
|
UВХ1, мВ, f =5 Гц |
R1, кОм |
UmBЫХ, мВ (расчет.) |
UmBЫХ, мВ (измер.) |
|
|
10 |
1 |
1 |
14 |
14 |
|
5 |
2 |
1 |
7 |
7 |
|
12 |
4 |
1 |
16 |
16 |
Вывод:
Повторители напряжения - это ОУ со 100% обратной связью, и имеющие результирующий коэффициент усиления, равный 1. Их используют во входных устройствах, в которых требуется иметь высокое входное сопротивление, или в случаях, когда необходимо получить минимальное входное сопротивление. В таком типе усилителя фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала.
Выходное напряжение такого усилителя рассчитывается по формуле:
Общий вывод по работе:
В настоящей лабораторной работе были исследованы 4 типа операционных усилителей: инвертирующего ОУ, суммирующего ОУ (сумматор напряжений), вычитающего ОУ, ОУ в качестве повторителя напряжения. Операционным усилителем называется высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов.
В ходе проведенных исследований инвертирующего операционного усилителя было выяснено, что при подаче сигнала на инвертирующий вход ОУ на выходе усилителя изменяется полярность выходного сигнала на противоположную. При подаче синусоидального напряжения осуществляется сдвиг фазы усиливаемого сигнала на 1800.
В ходе проведенных исследований суммирующего операционного усилителя выяснено, что на выходе такого усилителя вырабатывается выходное напряжение, величина которого пропорциональна сумме входных напряжений.
При исследовании вычитающего операционного усилителя выяснено, что при одновременной подаче напряжения на оба входа на выходе вычитающего (дифференциального усилителя) вырабатывается выходной сигнал, пропорциональный разности входных сигналов, при выполнении следующего условия усилитель усиливает разность напряжений, приложенных к входам.
Повторители напряжения - это ОУ со 100% обратной связью, и имеющие результирующий коэффициент усиления, равный 1. Их используют во входных устройствах, в которых требуется иметь высокое входное сопротивление, или в случаях, когда необходимо получить минимальное входное сопротивление. В таком типе усилителя фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала.
Работу выполнил Калиниченко И.А._________