Файл: Лабораторная работа 1 исследование диодов и стабилитронов.doc

а) б)

Рис. 3.5. Интегрирующий (а) и дифференцирующий (б) ОУ
Для инвертирующего устройства (рис. 5,а) выходное напряжение определяется выражением:

(10)

На начальном интервале интегрирования, когда t << τ_инт, изменение выходного напряжения U_вых будет достаточно близко к линейному, и скорость его изменения равна:

ΔU_вых/Δt = - U_вх/CR₁ (11)

Для дифференцирующего устройства (рис.5,б) выходное напряжение U_вых пропорционально скорости изменения входного напряжения и равно:

(12)

2. Задание на подготовку к работе.

1. Изучить схемы входного и выходного каскадов ОУ.

2. Изучить параметры и характеристики ОУ, сумматора, интегратора и дифференцирующего ОУ.

3. Изучить порядок выполнения работы и нарисовать необходимые схемы и таблицы.
3.Контрольные вопросы.

1. По какой схеме собран входной каскад ОУ?

2. Почему входной каскад ОУ называется дифференциальным?

3. Объясните причину возникновения входных токов.

4. Почему при отсутствии входных сигналов на входе ОУ напряжение на выходе не равно 0?

5. Чем обусловлено входное сопротивление ОУ по синфазному сигналу?

6. Объясните назначение напряжения смещения.

7. Какую роль в ОУ выполняет входной каскад?

8. Какую роль в ОУ выполняет каскад сдвига напряжений?

9. Напишите выражение для выходного напряжения интегратора.
4. Порядок выполнения работы.

1. Измерение входных токов ОУ:

соберите схему, изображенную на рис. 6;

включите схему, измерьте входные токи и заполните таблицу 1:


Рис. 3.6. Схема для измерения входных токов ОУ.
Табл. 1.

Ток неинвертирующего входа	I1изм =0.07
Ток инвертирующего входа	I2изм =0.09
Средний входной ток	Iвх.ср. =0.08
Разность входных токов	Iвх. =0.01

2. Измерение напряжения смещения ОУ:

соберите схему, изображенную на рис. 7;

---

Рис. 3.7. Схема для измерения напряжения смещения.

используя формулу (3) и принимая, что R_ос = R₂, R_вх = R₁ определите коэффициент усиления ОУ; 1000

включите схему и запишите показания вольтметра ΔU_вых; 1.003

используя формулу (2) определите напряжение смещения. 0.001

3. Измерение входного и выходного сопротивлений ОУ:

соберите схему, изображенную на рис. 8;



Рис. 3.8. Схема для измерения входного и выходного сопротивления
включите схему и запишите значения входного тока I_вх и выходного напряжения U_вых;0,075мА -20.98В

переключите ключ клавишей [Spase] и запишите значения входного тока I_вх; 0,064мА 20.98В

рассчитайте изменения входного напряжения ΔU_вх и тока I_вх; 41.96 0,01

используя формулу (5), вычислите дифференциальное входное сопротивление; 4196000

уменьшайте сопротивление резистора нагрузки R_н до тех пор, пока выходное напряжение U_вых не будет равно примерно половине U_вых, полученного ранее;

запишите значение R_н, которое приблизительно равно выходному сопротивлению (R_вых) усилителя.75 Ом

4. Измерение времени нарастания выходного напряжения ОУ:

соберите схему, изображенную на рис. 9;


Рис. 3.9. Схема для измерения времени нарастания выходного напряжения ОУ
включите схему и зарисуйте осциллограмму выходного напряжения;



по осциллограмме определите величину выходного напряжения U_вых, время его установления t_уст. Используя формулу (6) вычислите скорость нарастания выходного напряжения в В/мкс; 0.5

Сравните измеренные результаты с паспортными данными для ОУ LM741:

- средний входной ток ОУ 0,08 мкА; +

- разность входных токов ОУ 0,02 мкА; -

- напряжение смещения ОУ 1 мВ; +

- входное сопротивление ОУ 2 МОм; +

- выходное сопротивление ОУ 75 Ом; +

- скорость нарастания выходного напряжения ОУ 0,5 В/мкс. +

5. Исследование характеристик инвертирующего усилителя:

cоберите схему рис.3, а и установите следующие параметры элементов: R₁=1 кΩ, R₂=1 кΩ, R_ос=100 кΩ, R_н=100 кΩ, ОУ типа LM741;

---

используя параметры элементов схемы рассчитайте коэффициент усиления по напряжению по формуле (7); 100

к входу усилителя подключите функциональный генератор, заземлите его и установите следующие параметры гармонического входного сигнала: U_m=5 mB, ƒ=1 кГц;

вход и выход усилителя подключите к осциллографу, осциллограф заземлите;

получите на экране осциллографа изображения входного и выходного сигналов, измерьте их амплитуду и разность фаз;



зарисуйте осциллограммы и по результатам измерений определите коэффициент усиления по напряжению:

K_u= – U_{m вых}/U_{m вх}.

6. Исследование сумматора напряжений.

соберите схему рис.4 со следующими параметрами элементов: R₁=5 кΩ, R₂=5 кΩ, R_ос=5 кΩ, R_н=10 кΩ, ОУ типа LM741;

включите амперметр для измерения токов I₁, I₂, I_ос и мультиметр для измерения U_вых;

подключите к входным цепям источники постоянного тока U₁=5B и U₂=3B и заземлите их;

включите схему и запишите показания приборов;

используя формулу (9) и параметры элементов схемы рассчитайте значения токов I₁, I₂, I_ос и значение выходного напряжения U_вых;

7. Исследование интегратора.

соберите схему рис. 5,а и установите следующие номинальные значения элементов:

R₁=10 кΩ, R_ос=100 кΩ, C=0,01 μF, ОУ типа LM741;

к входу схемы подключите функциональный генератор и установите следующие параметры прямоугольных импульсов: ƒ=2 кГц, коэффициент заполнения 50%, амплитуду 5B;

осциллограф подключите к входу и выходу схемы и заземлите его;

включите схему и зарисуйте осциллограммы входного и выходного напряжения, запишите их амплитудное значение;

используя выражение (11) определите скорость изменения выходного напряжения;

установите амплитуду сигнала на выходе генератора 2В. Повторите исследования и сравните результаты.

8. Исследование дифференцирующего ОУ.

Соберите схему рис. 5,б и установите следующие номинальные значения элементов: R₁=500 Ω, R_ос=5 кΩ, C=0,05 μF, ОУ типа LM741;

к входу схемы подключите функциональный генератор и установите следующие параметры линейно изменяющегося сигнала: ƒ=1 кГц, коэффициент заполнения 50%, амплитуду 5В;

---

осциллограф подключите к входу и выходу схемы и заземлите его;

включите схему и зарисуйте осциллограммы входного и выходного сигналов и запишите их амплитудные значения;

по осциллограмме определите скорость изменения входного напряжения;

используя выражение (12) определите величину выходного напряжения и сравните с экспериментальным значением.

---

Содержание отчёта

1. Название и цель лабораторной работы.

2. Наименование каждого пункта работы, схемы и результаты измерений и расчётов.

3. Выводы по результатам исследований.

Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА КОЛПИТЦА
Цель работы: закрепить теоретические знания о генераторах; научиться моделировать схемы LC- иRC- автогенераторов; научиться измерять основные параметры генераторных колебаний.

Используемое оборудование и средства: персональный компьютер, программа Electronics Workbench.

Методические указания: работа выполняется студентами за два часа аудиторных занятий.
Краткие теоретические сведения
Автогенераторами (генераторами с самовозбуждением) называются электронные устройства, способные преобразовывать энергию постоянного тока в электрические колебания заданной формы и частоты.

По форме генерируемых сигналов различают генераторы гармонических колебаний и генераторы релаксационных колебаний. Первые генерируют синусоидальное напряжение, а вторые - импульсы прямоугольной, пилообразной, треугольной и др. форм.

Для генерирования синусоидальных колебаний высокой частоты наиболее широко используется метод компенсации потерь в LС-контуре при помощи усилительного элемента.

Структурная схема автогенератора представлена на рис.1


Рис. 4.1 Структурная схема автогенератора
Она содержит усилитель и схему частотно-зависимой обратной связи. Между напряжением на выходе усилителя и напряжением на его входе наблюдается фазовый сдвиг . Напряжение будет определяться выражением



На выходе схемы частотнозавиcимой обратной связи напряжение

---