Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию НГТУ

Кафедра автоматики

Лабораторная работа №2

Операционные усилители

Факультет: АВТ

Группа: АМ-515

Студенты: Мельников :

Новосибирск, 2007 г.

Операционные усилители.

1.Инвертирующий ОУ.

1.1  Откройте файл OU_inv. ewb.

Операционный усилитель – идеальный. Значения сопротивлений R1, R2, R3, тип ОУ выбираются из таблицы (см. номер варианта).

№ варианта

3

Тип ОУ

K140УД8

R1, кОм

18к

R2, кОм

36к

R3, кОм

12к

1.2  Двойным щелчком мыши на изображении ОУ откройте список библиотек ОУ, выберите библиотеку - Default, модель ОУ – ideal. Нажав клавишу Edit откройте окно параметров для «идеального» ОУ и выпишите в столбец таблицы «Идеальный» ОУ EWB установленные значения следующих параметров:

Параметр

Идеальный ОУ

«Идеальный» ОУ EWB

Реальный ОУ

Коэффициент усиления (А)

∞

30000

Входное сопротивление (RI)

∞

2e+07

Выходное сопротивление (RO)

0

200

Макс. выходное напряжение (VSW)

± E пит

10

Напряжение смещения нуля (VOS)

0

0,002

Входные токи (IBS)

0

2e-10

Разность входных токов (IOS)

0

1e-10

Скорость нарастания вых. напряжения (SR)

∞

5e+06

1.3  В столбец Идеальный ОУ внесите параметры идеального ОУ, соответствующие теории.

1.4 Замените “идеальный” ОУ на ОУ из таблицы в соответствии с номером варианта. Запишите параметры этого ОУ в столбец таблицы «Реальный ОУ».

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

1.4 Подайте на вход инвертирующего ОУ с функционального генератора синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ, f=1 кГц.

- Зарисуйте на одном графике осциллограммы входного и выходного напряжений.

- Определите разность фаз между входным и выходным напряжением.

ΔΦ=180º

1.5  Определите расчетный и экспериментальный коэффициенты усиления:

=36/18=-2

=7,069/3,535=-2

где и - показания вольтметров (вольтметры должны быть включены в режиме измерения переменного сигнала (АС)).

Подключите канал А осциллографа к клемме «минус» ОУ и зарисуйте осциллограмму U-(t). Почему напряжение на клемме минус в данной схеме называют напряжением эквипотенциального нуля?

Поскольку схема линейна, U+≈ U. Напряжение на клемме «+»(земля) =0 , то и на клемме «-» должен быть 0. Поэтому это напряжение называют напряжением эквипотенциального нуля.

Uвх(channel A)
 

Uвых(channel B)
 

1.6  Измерьте постоянную составляющую выходного напряжения Uo вых эксп. Для этого подключите вход инвертирующего усилителя к корпусу, переключите выходной вольтметр в режим измерения постоянного сигнала (DC) и зафиксируйте выходное напряжение Uo вых эксп=60(mV)

U - (channel A)
 

Uвх(channel A)
 

Снова переведите вольтметр в режим АС

-  используя значение напряжения смещения Uсм (см. таблицу) и теоретическое значение коэффициента усиления вычислите постоянную составляющую выходного напряжения U o вых. теор

Uо вых. теор = Uсм * Ky расч = -40мВ

1.8 Подключите вход инвертирующего усилителя к функциональному генератору. Подайте на вход схемы двухполярное пилообразное напряжение частотой 1Гц и амплитудой согласно варианту:

Вариант

3

Амплитуда (В)

8 В

Используя курсор и информационное табло осциллографа снимите зависимость и . (Амплитуда Uвх должна изменяться от –Uвх макс до +Uвх макс)

Uвых (В)

10,04

10,05

7,49

0,00

-7,80

-9,82

-9,80

Uвх (В)

-7,75

-6,17

-3,76

0,00

3,89

6,12

7,27

Постройте график

Запишите:

- При каком значении Uвх начинается искажение формы выходного сигнала?

- Искажается ли при этом форма напряжения U - ?

- В каком случае напряжением U - можно пренебречь?

При Uвх=3,53В начинается искажение формы выходного сигнала, т. к. выходное напряжение (при данном Uвх) достигает максимально допустимого значения.

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

Напряжением U- можно пренебречь, когда ОУ работает в лин. режиме, т. е. U-≈U+≈0.

1.9  Подайте на вход схемы синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ. Постройте зависимость выходного напряжения от частоты

F

1Гц

100Гц

1кГц

100кГц

200кГц

400кГц

600кГц

800кГц

1МГц

Lgf

0

2

3

5

5,30103

5,60206

5,7781513

5,90309

6

Uвых

15

15

14,9

13,5

11,2

7,6

5,4

4,2

3,4

K=Uвых/Uвх

3

3

2,98

2,7

2,24

1,52

1,08

0,84

0,68

2.Неинвертирующий ОУ

2.1  Откройте файл neinv. ewb.

Значения R1, R2, тип ОУ ранее заданы.

2.2 Подайте на вход ОУ с функционального генератора синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ, f=1 кГц.

-  Зарисуйте на одном графике осциллограммы входного и выходного напряжений.

- 

Uвх(channel A)
 

Uвых(channel B)
 

-  Определите разность фаз между входным и выходным напряжением

-  ΔΦ=15

-  Определите расчетный и экспериментальный коэффициенты усиления

=36/18+1=3 =10,61/3,535=3

2.3  Подключите канал А осциллографа к клемме «минус» ОУ и зарисуйте осциллограмму U-(t). Напишите почему этот график совпадает со входным сигналом

График совпадает со входным сигналом, т. к. ОУ фактически усиливает разность напряжений между его инвертирующим и неинвертирующим входом. Таким образом, ОУ будет поддерживать на выходе такое напряжение, что бы через цепь отрицательной обратной связи напряжение на инвертирующем входе было равным напряжению на неинвертирующем входе.

Uвых (channel B)
 

U - (channel A)
 

2.4  Подайте на вход схемы синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ. Постройте зависимость выходного напряжения от частоты

F

1 Гц

100Гц

1кГц

100кГц

200кГц

400кГц

600кГц

800кГц

1МГц

Lgf

0

2

3

5

5,30103

5,60206

5,7781513

5,90309

6

Uвых

20

19,5

19,7

18,3

15

10,2

7,4

5,8

4,7

K=Uвых/Uвх

4

3,9

3,94

3,66

3

2,04

1,48

1,16

0,94

2.5 Подключите вход неинвертирующего усилителя к функциональному генератору. Подайте на вход схемы двухполярное пилообразное напряжение частотой 1Гц и амплитудой согласно

варианту:

Вариант

3

Амплитуда (В)

8 В

Используя курсор и информационное табло осциллографа снимите зависимость и . (Амплитуда Uвх должна изменяться от –Uвх макс до +Uвх макс)

Uвых (В)

9,64

7,34

3,48

0,00

-4,22

-7,36

-9,70

Uвх (В)

7,69

2,44

1,48

0,00

-1,43

-2,47

-7,69

3. Логарифмический усилитель

Откройте файл log.ewb. (для всех вариантов R=10 кОм)


3.2 Подайте на вход схемы с функционального генератора однополярный пилообразный сигнал: freguency 1 Гц; duty cycle 50%; amplitude=2V, Offset=2 V)

- Подключите канал А осциллографа к входному сигналу, а канал В – к выходному;

-  Установите на осциллографе развертку 0.1сек/дел;

-  Установите чувствительность канала А - 2 В/дел;

-  Установите чувствительность канала В - 50 мВ/дел.

3.3 Включите схему и, дождавшись установившегося значения, зарисуйте осциллограммы Uвх и Uвых.

Uвх (channel А)
 

Uвых (channel B)
 

3.4 Используя курсор 1 и левое информационное табло снимите характеристику Uвых=f(Uвх) и данные занесите в таблицу.

 
 


Uвх (mV)

6,3

103,9

750

1200

3700

39000

2000

237

55

Uвых(mV)

5.1

2.3

14

-23.3

-53

-55

-34

-1

3.6

4.Интегратор

Откройте файл integrator.ewb. (для всех вариантов R1=10 кОм)

4.1  Подайте на вход двуполярные прямоугольные импульсы амплитудой 5 В и частотой 1 кГц (R1=10 кОм, С=10 нФ).

 
Дождавшись установившегося значения, зарисуйте Uвх и Uвых. Определите амплитуду выходного сигнала и рассчитайте скорость нарастания выходного напряжения для

различных значений R1 и C. Результаты экспериментов занесите в таблицу.

Uвх (channel А)
 

Uвых (channel B)
 

Uвх (channel А)
 

Uвых (channel B)
 

Uвых (channel B)
 

Uвх (channel А)
 

Uвх (channel А)
 

Uвых (channel B)
 

R1, ОМ

10k

С, нФ

20

50

 

Uвых m, В

5,52

2,1

 

(VUвых)max, В/мс

0.024

0.0087

 

 

С, нФ

10

R1, ОМ

20k

50k

 

Uвых m, В

5,4

2.5

 

(VUвых)max, В/мс

0.021

0.0099