Файл: Лабораторная работа Исследование преобразователей аналоговых сигналов на операционных усилителях.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.11.2023

Просмотров: 233

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

определяется выражением
. (3.7)
Интегратор может быть использован в качестве простейшего фильтра низших частот (ФНЧ) с частотой среза В, определяемой (для схемы на рисунке 3.7) из соотношения
, (3.8)
где KU0 – собственный коэффициент усиления ОУ, а для схемы, приведенной на рисунке 3.8 – из соотношения
, (3.9)
где – коэффициент усиления инвертирующего усилителя с ООС.

Частота, на которой коэффициент усиления интегратора равен единице, для схемы на рисунке 3.7 определяется из выражения
, (3.10)
а для схемы на рисунке 3.8 – соответственно выражением
. (3.11)
Вид АЧХ интегрирующего усилителя (рисунок 3.8) представлен на рисунке 3.9.



Рисунок 3.9
Дифференциатор (дифференцирующий усилитель) – это устройство, выходное напряжение которого пропорционально скорости изменения входного напряжения. Дифференциаторы применяются для получения коротких импульсов, выделения фронтов импульсов и т. д. Схема простейшего дифференциатора приведена на рисунке 3.10.


Рисунок 3.10
Напряжение на выходе дифференциатора определяется выражением
, (3.12)

или

. (3.13)

Из-за ограниченной полосы пропускания и конечного значения коэффициента усиления реальных ОУ достаточно точно реализовать полученную зависимость не представляется возможным. Кроме того, анализ показывает, что в простейшей схеме дифференцирующего усилителя на ОУ могут возникать самовозбуждения из-за спада коэффициента усиления реального ОУ на высоких частотах и дополнительных фазовых сдвигов, вносимых цепью ООС. Поэтому на практике применяют различные модифицированные схемы дифференциаторов, в которых частично или полностью устранены отмеченные недостатки. Пример одной из таких схем представлен на рисунке 3.11.

uвхРисунок 3.11Дифференциатор может быть использован в качестве простейшего фильтра высших частот (ФВЧ) с частотой среза Н, определяемой (для схемы на рисунке 3.11) из соотношения . (3.14)Частота единичного усиления ФНЧ определяется из выражения , (3.15)где – коэффициент усиления инвертирующего усилителя с ООС.Вид АЧХ дифференцирующего усилителя (рисунок 3.11) представлен на рисунке 3.12.Как видно из представленной АЧХ, схема дифференцирующего усилителя может в полной мере выполнять свои функции (дифференцирование входного сигнала) только в диапазоне частот от 0 до В. На более высоких частотах наблюдается спад АЧХ, обусловленный спадом собственной АЧХ операционного усилителя. Именно по этой причине реальный дифференцирующий усилитель по своим характеристикам ближе к полосовым фильтрам.Рисунок 3.123.2 Подготовка к работе3.2.1 Изучить теоретические положения по теме проводимых исследований, используя конспект лекций, рекомендованную литературу и подраздел 5.1 методических указаний.3.2.2 Используя исходные данные, приведенные в таблице 3.1 (для своего варианта), выполнить расчет:

  • коэффициента усиления напряжения инвертирующего усилителя (KU ООС) при R1 = 1 кОм, R1 = 1,5R2 кОм;

  • коэффициента усиления напряжения неинвертирующего усилителя (KU ООС) при R1 = 1 кОм, R1 = 1,5R2 кОм;

  • для схемы интегрирующего усилителя – верхнюю граничную частоту В и частоту единичного усиления 1 при С = 0,05 мкФ, С = 0,1 мкФ;

  • для схемы дифференцирующего усилителя – нижнюю граничную частоту Н и частоту единичного усиления 1 при С = 0,05 мкФ.
3.2.3 Подготовить отчет в соответствии с требованиями, изложенными в разделе 1 методических указаний.3.3 Задание на проведение исследований3.3.1 Исследовать работу ОУ в неинвертирующем и инвертирующем включении.
3.3.2 Исследовать схему интегратора на ОУ:

  • снять экспериментально переходные и частотные характеристики;

  • установить зависимость погрешности интегрирования от параметров RC-цепи.
3.3.3 Исследовать схему дифференциатора на ОУ:

    • снять экспериментально переходные и частотные характеристики;

    • установить зависимость между параметрами выходного и входного напряжений схемы дифференциатора.
3.4 Порядок проведения экспериментов3.4.1 Собрать схему инвертирующего усилителя на ОУ (рисунок 3.13), задать параметры резистора R2 в соответствии с вариантом (таблица 3.1). Рисунок 3.13Подать на вход схемы от источника сигнала гармоническое колебание с частотой fвх = 1 кГц и амплитудой Uвх = 10 мВ. Включить схему. Измерить амплитуды сигналов на входе и выходе ОУ. Примечание – При измерении амплитуды сигнала во всех экспериментах вход осциллографа должен быть включен в режим измерения переменного напряжения (режим «АС»).Используя измеренные значения амплитуд сигналов, определить коэффициент усиления напряжения усилителя KU ООС. Сравнить полученный результат с результатом, полученным аналитически при подготовке к лабораторной работе.Сравнить фазы колебаний на входе и выходе усилителя.Вид экрана осциллографа занести в отчет.Снять АЧХ усилителя и определить по ней ширину полосы пропускания. Вид АЧХ занести в отчет.Установить сопротивление резистора R1 равным R1 = 1,5R2. Повторить все предыдущие операции по п. 3.4.1.По результатам проведенных исследований сформулировать выводы.3.4.2. Собрать схему неинвертирующего усилителя на ОУ (рисунок 3.14), задать параметры резистора R2 в соответствии с вариантом (таблица 3.1).Подать на вход схемы от источника сигнала гармоническое колебание с частотой fвх = 1 кГц и амплитудой Uвх = 10 мВ. Включить схему. Измерить амплитуды сигналов на входе и выходе ОУ.Используя измеренные значения амплитуд сигналов, определить коэффициент усиления напряжения усилителя KU ООС. Сравнить полученный результат с результатом, полученным аналитически при подготовке к лабораторной работе.
Рисунок 3.14Сравнить фазы колебаний на входе и выходе усилителя.Вид экрана осциллографа занести в отчет.Снять АЧХ усилителя и определить по ней ширину полосы пропускания. Вид АЧХ занести в отчет.Установить сопротивление резистора R1 равным R1 = 1,5R2. Повторить все предыдущие операции по п. 3.4.2.По результатам проведенных исследований сформулировать выводы.3.4.3. Собрать схему измерений, приведенную на рисунке 3.15. Подать на вход интегратора прямоугольные импульсы амплитудой 5 В. Частоту повторения импульсов fвхи сопротивление резистора R1 задать в соответствии с вариантом индивидуального задания (таблица 3.1).Рисунок 3.15Включить моделирование. Получить на экране осциллографа изображение входного и выходного сигналов. Перенести полученные изображения в отчет.По экрану осциллографа измерить интервал времени, в течение которого происходит убывание выходного напряжения интегратора за время действия импульса положительной полярности на входе, а также размах входного (Uвх) и выходного (Uвых изм = Uвых макс – Uвых мин) напряжения.Вычислить абсолютную (3.6) и относительную (3.7) погрешности интегрирования.Результаты расчетов занести в отчет.По результатам проведенных исследований сформулировать выводы.3.4.4 Снять амплитудно-частотную характеристику интегратора. Перенести вид АЧХ в отчет. По АЧХ определить частоту среза (В) и частоту единичного усиления (1). Полученные результаты занести в отчет.Сравнить значения В и 1 с аналогичными параметрами, полученными аналитически при подготовке к лабораторной работе. Сформулировать выводы.3.4.5 Задать емкость конденсатора С, равной 0,1 мкФ. Повторить все операции, изложенные в п.п. 3.4.3 и 3.4.4.Сформулировать выводы о зависимости основных параметров и характеристик интегратора от параметров элементов цепи ООС.

3.5 Примерный перечень контрольных вопросов


  1. Что называется операционным усилителем?

  2. Как определяется коэффициент усиления напряжения при неинвертирующем включении ОУ?

  3. Как определяется коэффициент усиления напряжения при инвертирующем включении ОУ?

  4. Из каких функциональных узлов состоит схема ОУ?

  5. Что называется интегратором?

  6. Что называется дифференциатором?

  7. Как связано выходное напряжение интегратора со входным напряжением?

  8. Как связано выходное напряжение дифференциатора со входным напряжением?

  9. Как определить граничную частоту и частоту единичного усиления в схеме интегратора?

  10. Как определить граничную частоту и частоту единичного усиления в схеме дифференциатора?

  11. Как зависит точность интегрирования от параметров RC-цепи?

  12. Из каких условий выбирают постоянную времени интегратора для обеспечения высокой точности интегрирования?
3.6 Варианты исходных данныхТаблица 3.1

№№

п/п
Усили-

тель
Интегр.
Диффер.
№№

п/п
Усили-

тель
Интегр.
Диффер.

R2,

кОм
fвх,

кГц
R1,

кОм
R1,

кОм
R2,

кОм
fвх,

кГц
R1,

кОм
R1,

кОм

1
100
0,8
75
1
16
85
1,6
64
5,6

2
120
0,5
62
1,5
17
55
1,7
93
1,1

3
91
0,9
56
2
18
112
1,8
86
1,2

4
68
0,95
115
2,5
19
73
1,9
57
2,6

5
51
1
130
3
20
84
2
65
6,4

6
110
1,1
135
3,5
21
47
1,1
67
6,8

7
82
1,2
43
4,3
22
96
1,2
98
2,4

8
75
1,3
58
4,5
23
78
1,3
85
2,8

9
62
1,4
100
5,1
24
64
1,4
55
3,2

10
56
1,5
120
3,3
25
93
1,5
112
3,9

11
115
1.6
91
2,7
26
86
0,8
73
4,3

12
130
1,7
68
1,8
27
57
0,5
84
4,7

13
135
1,8
51
1,3
28
65
0,9
47
2,5

14
43
1,9
110
6,2
29
67
0,95
96
3,1

15
58
2
82
1,6
30
98
1
78
3,4

Смотрите также файлы