Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Кафедра автоматики

Лабораторная работа № 2

Линейное включение операционных усилителей

Выполнили: Мельников : 4

Проверил:

Новосибирск, 2008г.

Цель работы:

Изучение свойств ОУ, логарифмических, интегрирующих усилителей; изучение принципов работы инвертирующего масштабирующего, логарифмического усилителя и интегратора.

Оборудование:

Компьютерная программа Electronics Workbench, моделирующая принцип работы различных электрических цепей.

Исходные данные и рабочие формулы:

ОУ: K140УД10

Сопротивления: R1=10 кОм

R2=30 кОм

R3=7,5 кОм

Ход работы:

1.  Инвертирующий ОУ.

  Схемы

Рис.1. Схема инвертирующего ОУ.

  Параметры ОУ

Табл.1 Таблица параметров для ОУ K140УД10

Параметр

Идеальный ОУ

Реальный ОУ

Коэффициент усиления (А)

¥

50000

Входное сопротивление (RI)

¥

400000 Ом

Выходное сопротивление (RO)

0

150 Ом

Макс. выходное напряжение (VSW)

±E

±12 В

Напряжение смещения нуля (VOS)

0

0,005 В

Входные токи (IBS)

0

5e-07 А

Разность входных токов (IOS)

0

1,5e-07 А

Скорость нарастания вых. напряжения (SR)

¥

3e+07 В/с

Рис.2 Осциллограммы входного( — ) и выходного(—) напряжений

Разность фаз Dj=180°, так как ОУ инвертирующий.

  Определение расчетного и экспериментального коэффициентов усиления

Vвх=-3,536 мВ

Vвых=10,61 мВ, где и - показания вольтметров (вольтметры включены в режиме измерения переменного сигнала (АС)).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис.3 Осциллограммы U-(t) и выходного напряжения

Поскольку схема линейная то, U+ = U - ,напряжение на клемме «+» (земля) равно нулю и на клемме «-» должен быть ноль. Поэтому это напряжение называют напряжением эквипотенциального нуля.

Определение постоянной составляющей выходного напряжения Uo вых.

Измерение постоянной составляющей выходного напряжения Uo вых. эксп. Для этого мы подключили вход инвертирующего усилителя к корпусу, переключили выходной вольтметр в режим измерения постоянного сигнала (DC) и зафиксировали выходное напряжение Uo вых эксп=15,50мВ

Используя значение напряжения смещения Uсм =0.005 В и теоретическое значение коэффициента усиления вычислили постоянную составляющую выходного напряжения U o вых. теор. мВ

  Построение зависимости Uвых=f(Uвх)

Подключили вход инвертирующего усилителя к функциональному генератору. Подали на вход схемы двухполярное пилообразное напряжение частотой 1Гц и амплитудой 5 В.

Рис 3.1. Осциллограммы двухполярного пилообразного напряжения и выходного напряжения.

Табл.2 Таблица для экспериментального построения зависимости .

(Амплитуда Uвх должна изменяться от –Uвх макс до +Uвх макс).

Uвых, (В)

-11,76

-11,56

-11,29

-4,92

5,63

11,35

12,08

12,11

Uвх, (В)

4,93

4,23

3,83

1,64

-1,88

-3,79

-4,49

-4,98

Рис. 4 Зависимость Uвых=f(Uвх)

-  При | Uвх | = 3,8 начинается искажение формы выходного сигнала, так как выходное напряжение при данном Uвх. достигаем максимального допустимого значения.

-  Поскольку U - не зависит от Uвых. , то искажения на клемме «-» не происходит.

-  Напряжением Uвых можно пренебречь, когда ОУ работает в линейном режиме , то есть

U-=U+=0

Построение зависимости выходного напряжения от частоты

На входе схемы - синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ.

Uвх=3,536 мВ

Табл.3 Таблица для экспериментального построения зависимости выходного напряжения от частоты

f

1Гц

100Гц

1кГц

100кГц

200кГц

400кГц

600кГц

800кГц

1МГц

Lg f

0

2

3

5

5,301

5,602

5,778

5,903

6

Uвых, (В)

10,61

10,61

10,61

10,6

10,59

10,54

10,46

10,35

10,21

K=Uвых/Uвх

3

3

3

2,998

2,995

2,981

2,958

2,927

2,887

Рис. 5 Зависимость выходного напряжения от частоты

2.  Неинвертирующий ОУ.

Рис.6 Схема неинвертирующего ОУ.

Рис.7 Осциллограммы входного(—) и выходного(—) напряжений

Разность фаз Dj=0°, так как ОУ неинвертирующий.

Определение расчетного и экспериментального коэффициентов усиления.

Vвх=-3,535 мВ

Vвых=14,14 мВ, где и - показания вольтметров (вольтметры включены в режиме измерения переменного сигнала (АС)).

  Осциллограммы

Рис.8 Осциллограмма U-(t) (—) и выходного (—)напряжения

  Построение зависимости выходного напряжения от частоты

На входе схемы - синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ.

Uвх=3,535 мВ

Табл.4 Таблица для экспериментального построения зависимости выходного напряжения от частоты

f

1Гц

100Гц

1кГц

100кГц

200кГц

400кГц

600кГц

800кГц

1МГц

Lg f

0

2

3

5

5,301

5,602

5,778

5,903

6

Uвых, (В)

14,14

14,14

14,14

14,14

14,12

14,05

13,95

13,81

13,63

K=Uвых/Uвх

3,99887

3,99887

3,99887

3,99887

3,9932

3,9734

3,9451

3,9055

3,8546

Рис. 9 Зависимость выходного напряжения от частоты

Построение зависимости Uвых=f(Uвх)

Подключили вход инвертирующего усилителя к функциональному генератору. Подали на вход схемы двухполярное пилообразное напряжение частотой 1Гц и амплитудой 5 В.

Табл.5 Таблица для экспериментального построения зависимости .

(Амплитуда Uвх должна изменяться от –Uвх макс до +Uвх макс).

Uвых, (В)

-12,3

-12,27

-5,51

6,53

11,29

11,65

Uвх, (В)

-4,81

-3,07

-1,39

1,62

2,87

4,74

Рис. 10 График зависимости Uвых=f(Uвх)

3.  Логарифмический усилитель.

Рис.11. Схема логарифмирующего усилителя.

Рис.12 Осциллограмма входного и выходного напряжений

  Снятие характеристики Uвых=f(Uвх)

Табл. 6 Характеристика Uвых=f(Uвх)

Uвх, (В)

-0,28

-0,1

-0,04

0,02

0,08

0,2

0,38

4,6

Uвых, (В)

12

12

11,2

9,7

8,1

5,1

0,53

-0,29

Рис 13 График зависимости Uвых=f(Uвх)

4.  Интегратор.

Рис.16. Схема интегратора.

Рис.14 Осциллограммы входного(—) и выходного(—) напряжений

С=20

С=50

r=20,c=10

r=50,c=10

  Получение характеристик интегратора

Табл. 7 Характеристики интегратора при различных R1 и C

R1, Oм

10 к

С, нФ

20

50

Uвыхm, (B)

6,20

2,55

V(Uвых)max, (В/мкс)

0,024416

0,0098

С, нФ

10

R1, Oм

20к

50к

Uвыхm, (B)

6,11

1,27

V(Uвых)max, (В/мкс)

0,002575

0,0099