Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 68
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МинистерствонаукиивысшегообразованияРоссийскойФедерацииФедеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегообразованияТОМСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТСИСТЕМУПРАВЛЕНИЯ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ(ТУСУР) КафедраУправления инновациями(УИ)Изучение операционных усилителейОтчётполабораторнойработе№2подисциплине«Измерительные преобразователи в робототехнических комплексах»Студент гр. № 032-М__________Я.И. Антоненко«_____» __________ 2022Преподаватель Д. т. н., профессор кафедры УИ___________ А.И. Солдатов«_____» __________ 2022Томск2022ВведениеЦелью данной работы является изучение основных схем операционных усилителей.В данной лабораторной работе необходимо выполнить следующие задания:1. Собрать инвертирующий усилитель на макете.2. На вход операционного усилителя подать постоянное напряжение плюс 12,4 В от источника питания.3. При помощи осциллографа получить диаграмму напряжения на выходе.4. Определить коэффициент усиления по напряжению.2 Расчётная частьДаже после появления цифровых вычислительных машин вычисления и обработка сигналов зачастую производились средствами аналоговой электроники. Основу этих устройств составляли операционные усилители. Операционные усилители как класс появились в качестве унифицированных элементов аналоговых вычислительных машин (АВМ) после Второй Мировой войны. На них собирались звенья, производящие математические операции: сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.п. Слово «операционный» в названии появилось в силу этого факта. В качестве входного сигнала использовалось напряжение.Инвертирующий усилитель является пропорциональным (усилительным) звеном. Он производит операцию умножения входного сигнала на коэффициент k. Усилитель имеет отрицательную обратную связь по постоянному току. Цепь обратной связи состоит из делителя напряжения, собранного на резисторах R
1 и R2:Рисунок 2.1 — Схема инвертирующего усилителяВ данной работе использовался операционный усилитель на КР14ОУД20Б схема включения которого представлена на рисунке 2.2. Микросхема ОУ КР14ОУД20Б является сдвоенным ОУ общего назначения. Основными особенностями данного ОУ являются повышенное быстродействие, наличие встроенной частотной коррекции и устройства защиты от перегрузок по входу и выходу.Рисунок 2.2 — Структурная схема КР14ОУД20БНазначение выводов: 1 - инвертирующий вход первого канала (-); 2 - неинвертирующий вход первого канала (+); 3, 14 - балансировка первого канала (BL); 4 - напряжение питания отрицательной полярности двух каналов (-U); 5, 8 - балансировка второго канала (BL); 6 - неинвертирующий вход второго канала (+); 7 - инвертирующий вход второго канала (-); 9 - напряжение питания положительной полярности второго канала (+U); 10 - выход второго канала; 11 - не используется; 12 - выход первого канала; 13 - напряжение питания положительной полярности первого канала (+U).Так же использовались резисторы R1=22 кОм и R2=100 кОм. Так как наш усилитель инвертирует входной сигнал, следовательно, на выходе у нас будет напряжение со знаком «минус», то есть -Uвых. Одним из основных параметров, исследуемых в данной лабораторной работе, является коэффициент усиления (Кус). Коэффициент усиления — это отношение уровня сигнала на выходе к уровню сигнала на входе усилителя.Так как входное сопротивление инвертирующего входа бесконечно велико, следовательно, ток будет протекать только через цепь R1—>R2. Два разных тока в одной ветви быть не может, поэтому получается, что I1=I2.Kус=-Uвых/Uвх= -I2R2/I1R1 =-R2/R1=-100/22= -4,55 ВНа рисунке 2.3 представлен внешний вид данной схемы, собранный на макетной плате.
Рисунок 2.3 — Схема инвертирующего усилителяПолучим осциллограмму, т.е. диаграмму напряжения на выходе при подаче напряжения на вход (рисунок 2.4). Рисунок 2.4 — Показания осциллографаКак видно из показаний осциллографа амплитуда входного импульсного сигнала равнялась 1.6 В, выходного – минус 7 В. Следовательно: Kус=-Uвых/Uвх= -7/1,6= -4,4 В. Разница между расчетными и экспериментальными данными незначительна и обуславливается не идеальностью схемы (использовались неидеальные провода, неидеальная монтажная плата и т.д.) и потерями в соединениях.ЗаключениеТаким образом, в ходе лабораторной работы была собрана схема инвертирующий операционного усилителя на микросхеме КР14ОУД20Б и двух резисторах R1=22 кОм и R2=100 кОм. Правильность собранных схем проверялись с помощью осциллографа. Также получены осциллограммы, в которых коэффициент усиления инвертирующего усилителя при расчете равен минус 4,55 В, а в эксперименте – минус 4.4 В.
1 и R2:Рисунок 2.1 — Схема инвертирующего усилителяВ данной работе использовался операционный усилитель на КР14ОУД20Б схема включения которого представлена на рисунке 2.2. Микросхема ОУ КР14ОУД20Б является сдвоенным ОУ общего назначения. Основными особенностями данного ОУ являются повышенное быстродействие, наличие встроенной частотной коррекции и устройства защиты от перегрузок по входу и выходу.Рисунок 2.2 — Структурная схема КР14ОУД20БНазначение выводов: 1 - инвертирующий вход первого канала (-); 2 - неинвертирующий вход первого канала (+); 3, 14 - балансировка первого канала (BL); 4 - напряжение питания отрицательной полярности двух каналов (-U); 5, 8 - балансировка второго канала (BL); 6 - неинвертирующий вход второго канала (+); 7 - инвертирующий вход второго канала (-); 9 - напряжение питания положительной полярности второго канала (+U); 10 - выход второго канала; 11 - не используется; 12 - выход первого канала; 13 - напряжение питания положительной полярности первого канала (+U).Так же использовались резисторы R1=22 кОм и R2=100 кОм. Так как наш усилитель инвертирует входной сигнал, следовательно, на выходе у нас будет напряжение со знаком «минус», то есть -Uвых. Одним из основных параметров, исследуемых в данной лабораторной работе, является коэффициент усиления (Кус). Коэффициент усиления — это отношение уровня сигнала на выходе к уровню сигнала на входе усилителя.Так как входное сопротивление инвертирующего входа бесконечно велико, следовательно, ток будет протекать только через цепь R1—>R2. Два разных тока в одной ветви быть не может, поэтому получается, что I1=I2.Kус=-Uвых/Uвх= -I2R2/I1R1 =-R2/R1=-100/22= -4,55 ВНа рисунке 2.3 представлен внешний вид данной схемы, собранный на макетной плате.
Рисунок 2.3 — Схема инвертирующего усилителяПолучим осциллограмму, т.е. диаграмму напряжения на выходе при подаче напряжения на вход (рисунок 2.4). Рисунок 2.4 — Показания осциллографаКак видно из показаний осциллографа амплитуда входного импульсного сигнала равнялась 1.6 В, выходного – минус 7 В. Следовательно: Kус=-Uвых/Uвх= -7/1,6= -4,4 В. Разница между расчетными и экспериментальными данными незначительна и обуславливается не идеальностью схемы (использовались неидеальные провода, неидеальная монтажная плата и т.д.) и потерями в соединениях.ЗаключениеТаким образом, в ходе лабораторной работы была собрана схема инвертирующий операционного усилителя на микросхеме КР14ОУД20Б и двух резисторах R1=22 кОм и R2=100 кОм. Правильность собранных схем проверялись с помощью осциллографа. Также получены осциллограммы, в которых коэффициент усиления инвертирующего усилителя при расчете равен минус 4,55 В, а в эксперименте – минус 4.4 В.