Московский государственный институт электроники и математики

Кафедра электронно-вычислительной аппаратуры

Лабораторная работа по дисциплине:

"Теоретические основы построения вычислительных систем "

Выполнили:

студенты группы С-64

Руководитель:

Москва 2007г.

Задание 1

Исследовать инвертирующую схему включения ОУ: снять АЧХ при трех значениях коэффициента усиления: меньшего 1, равного 1, большего 1. Ключ замкнут на землю.

Схема

Результаты

Коэф. Усиления:

<1

1

>1

Частота

Амплитуда

5

1,03

4,45

9,47

10

1,03

4,45

9,47

50

1,03

4,45

9,33

100

1,03

4,45

9,33

500

1,03

4,45

9,33

1000

1,03

4,45

9,33

5000

1,03

4,41

9,33

10000

1,03

4,41

9,23

20000

1,03

4,41

9,09

30000

1,03

4,31

6,47

40000

1,03

4,31

4,91

50000

1,03

3,84

3,98

60000

0,71

3,23

3,23

70000

0,55

2,63

2,71

80000

0,39

2,44

2,46

90000

0,32

2,16

2,12

100000

0,26

1,88

1,97

150000

0,22

1,22

1,43

200000

0,17

0,92

1,03

300000

0,11

0,58

0,61

АЧХ инвертирующей схемы ОУ

В большинстве операционных усилителей входные каскады соединены между собой по постоянному току (гальваническими связями), поэтому эти усилители не имеют спада усиления в области низких частот и у них приходится рассматривать только спад коэффициента усиления с возрастанием частот. Любая схема – будь то интегральная схема или схема на дискретных компонентах – содержит металлические проводники, отделенные друг от друга изолятором. Это означает, что сам монтаж схемы обладает некоторой распределенной паразитной емкостью. Некоторой емкостью обладает любой р-n переход в полупроводнике. При возрастании частоты эти паразитные емкости закорачивают на землю часть сигнала переменного тока, и в конце концов весь сигнал уходит на землю через паразитную емкость и не достигает нагрузки.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При изменении частоты фаза выходного сигнала сдвигается относительно фазы входного. Выходной сигнал отстает по фазе от входного. Сигнал проходит через усилитель не мгновенно, а задерживается на некоторое небольшое время как в активных (усилительных) элементах самого усилителя, так и под действием других внешних емкостей. При этом увеличение сдвига фазы с ростом частоты происходит даже в случае, когда время задержки для всех частот одинаково. В этом случае время задержки составляет бóльшую часть периода для сигнала больше частоты, что соответствует большему сдвигу фазы для более высокочастотных сигналов.

Задание 2

Исследовать влияние смещения положительного входа в инвертирующей схеме включения на выходной сигнал.

Осциллограмма

Выходной сигнал имеет синусоидальный вид при Uвх=5В, частоте – 100Hz. При увеличении сопротивления происходит обрезание выходного сигнала сверху. Также происходит и при уменьшении сопротивления, только обрезание сигнала происходит снизу.

Задание 3

Исследовать схему неинвертирующего усилителя – снять АЧХ

Схема

Результаты

Коэф. Усиления:

1

>1

Частота

Амплитуда

100

5,8

17,7

1000

5,8

18,6

10000

6,0

17,4

11000

5,7

15,3

12000

4,9

13,6

15000

4,4

10,4

17000

4,1

7,4

18000

3,7

5,8

20000

3,3

4,5

22000

3,1

4,0

25000

2,8

3,6

27000

2,5

3,3

30000

2,3

3,1

32000

2,2

2,8

35000

2,0

2,5

37000

1,9

2,4

40000

1,8

2,3

45000

1,8

2,3

47000

1,7

2,1

50000

1,7

2,1

55000

1,7

1,8

60000

1,6

1,8

62000

1,6

1,7

65000

1,5

1,7

Задание 4

Исследовать схему интегратора и дифференциатора, подавая на входы схемы гармонический и прямоугольный сигнал. Построить АЧХ.

Интегратор

Схема

Расчетные соотношения

;

перейдем от неопределенных интегралов к определенным:

, следовательно, зависит от начальных условий.

;

Если , то .

Результаты

Сигнал:

синусоидальный

прямоугольный

Частота

Амплитуда

10

9,60

9,84

60

10,00

10,1

100

10,86

10,1

400

11,31

10,6

500

10,85

10,9

550

9,77

10,67

600

8,84

10,24

700

7,73

9,08

800

7,10

8,35

900

6,32

7,42

1000

5,33

6,85

1100

4,43

5,41

1500

3,41

4,36

2000

2,96

3,91

3000

2,42

3,34

4000

2,02

2,35

5000

1,56

1,89

5500

1,35

1,84

6000

1,32

1,80

6500

1,22

1,73

6700

1,19

1,70

7000

1,18

1,65

АЧХ интегратора

2.Дифференциатор

Схема

Расчетные соотношения

; ; ; ; ,

приравняем правые части этих уравнений:

Дифференциатор является усилителем высокой частоты (УВЧ).

Если .

Схема дифференциатора склонна к самовозбуждению. Под самовозбуждением понимается наличие при

Причина самовозбуждения - инерционность транзистора. Инерционность транзистора ввиду того, что скорость движения основных носителей заряда не бесконечна. Это приводит к тому, что приращения выходных токов транзистора отстают от входных токов. Особенно это сказывается на высоких частотах.

Результаты

Синусоидальный сигнал Прямоугольный сигнал

Частота

Амплитуда

10

1,72

60

1,96

100

2,03

200

2,27

400

2,5

450

2,9

500

3,28

550

4,69

600

6,24

650

7,12

700

7,81

750

8,20

800

8,91

850

9,04

900

9,22

950

9,23

1000

9,24

1100

9,24

1500

9,24

Частота

Амплитуда

50

9,69

60

9,22

10000

9,22

15000

8,75

18000

5,6

20000

4,86

25000

4,4

30000

4

35000

3,66

45000

3,35

50000

3,09

55000

2,84

60000

2,65

65000

2,34

70000

2,08

75000

2,04

80000

1,98

85000

1,88

90000

1,72

АФХ дифференциатора

(синусоидальный сигнал)

(прямоугольный сигнал)

Задание 5

Исследовать схемы фильтров высоких и низких частот, подавая на них гармонические сигналы. Составить АЧХ.

1. ФВЧ

Фильтром высоких частот называют устройство, пропускающее высокие частоты и ослабляющее (срезающее) низкие частоты.

Схема

Результаты

Частота

Амплитуда

50

0,28

60

0,47

80

0,61

100

0,75

150

1,27

200

1,55

300

1,92

400

2,2

600

2,39

1000

2,48

5000

2,58

10000

2,6

53000

2,16

60000

1,92

70000

1,69

100000

1,31

150000

0,98

200000

0,75

300000

0,7

Амплитудно-частотная характеристика высокочастотного фильтра

2. ФНЧ

Фильтром низких частот называется электронное устройство, пропускающее низкочастотные составляющие спектра проходящего через него сигнала и ослабляющее высокочастотные.

Схема

Результаты

Частота

Амплитуда

1

2,63

20

2,63

30

2,58

40

2,44

50

2,34

70

2,16

90

1,92

120

1,69

150

1,36

200

1,08

250

0,8

300

0,66

400

0,47

500

0,28

600

0,23

700

0,19

800

0,17

900

0,15

1000

0,12

Амплитудно-частотная характеристика низкочастотного фильтра