Лабораторне заняття № 7 (2 год. )

ТЕМА: Дослідження електронних пристроїв на ОП

 

НАВЧАЛЬНА МЕТА: ознайомлення з аналоговими схемами включення операційних підсилювачів (ОП) і дослідження роботи диференціаторів та інтеграторів на ОП.

 

ОБЛАДНАННЯ ТА ОСНАЩЕННЯ: ПЕОМ, програма Electronics Workbench

Рисунок 1 – Схема для дослідження інтегратора

Рисунок 2 – Схема для дослідження диференціатора

 

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ:

Операційними підсилювачами (ОП) називають підсилювачі постійного струму, з високим коефіцієнтом підсилення і з глибоким від'ємним зворотним зв'язком (ВЗЗ). Від’ємний зворотній зв’язок в операційному підсилювачі утворюється ланкою, що передає частину вихідного сигналу на інвертуючий вхід ОП.

Інтегратори (інтегруючі підсилювачі ) – це пристрої, що реалізують функцію інтегрування, і виконуються шляхом введення в ланку ВЗЗ інвертуючого ОП конденсатора С (рис. 1).

Вихідна напруга дорівнює: ,

де RС=τ – постійна часу.

Тривалість інтегрування визначається часом перехідного процесу, який виникає в ланці RС при поданні вхідної напруги, а швидкість інтегрування, тобто нахил прямої, визначається сталою часу RС=τ.

Постійна часу повинна приблизно дорівнювати періоду інтегрування сигналу.

Якщо вхідна напруга є незмінною за величиною u_ВХ= U, то при подачі на вхід постійної напруги струм, який заряджає конденсатор, має постійну величину Uвх/R1, і конденсатор заряджається рівномірно, а вихідна напруга зростає лінійно, і буде пропорційна до тривалості часу інтегрування t:

,

де t – час тривалості сигналу постійного рівня напруги.

Рисунок 3 – Часові діаграми інтегрування в ОП

 

Недоліком схеми інтегратора є дрейф вихідної напруги. Це небажане явище можна послабити, якщо паралельно конденсатору С підключити резистор R2 з більшим опором

Якщо вхідна напруга є знакозмінною, то напруга на виході інтегратора буде пилкоподібною, що використовується в генераторах лінійно-змінної напруги.

Коефіцієнт підсилення інтегратора ,

Аналоговий інтегратор таким чином є аналогом фільтру низької частоти (ФНЧ) з коефіцієнтом підсилення, який знижується з ростом частоти.

Диференціатори (диференціюючі підсилювачі ) – це пристрої, що реалізують функцію диференціювання, і виконуються шляхом подання вхідного сигналу на інвертуючий вхід через конденсатор відповідної ємності і введенням в ланку ВЗЗ ОП резистора R (рис.2).

Від схеми інтегратора схема диференціатора відрізняється зміною розташування резистора і конденсатора.

,

де - постійна часу.

Рисунок 4 – Часова діаграма диференціювання в ОП

 

У диференціаторі з ростом частоти напруга ВЗЗ зменшується і коефіцієнт підсилення зростає . Диференціатор є аналогом фільтру високої частоти. Недоліком схеми диференціатора є схильність до самозбудження і надміру велике підсилення на високих частотах. Для знешкодження цих небажаних явищ послідовно з конденсатором включають резистор R невеликого опору.

 

ХІД РОБОТИ

1 Дослідити схему інтегратора.

1.1 Вивчити схему інтегратора, зображеного на рис. 1. Назвати, на яких елементів він побудований, пояснити принцип формування вихідного сигналу. Розрахувати сталу часу інтегрування для обох варіантів підключення ємності за формулою τ=RС.

1.2 Встановити частоту генератора G1 500 Гц. Підключити в ланку від’ємного зворотнього зв’язку за допомогою перемикача спочатку конденсатор з ємністю С1=200 нФ, а потім С2=50 нФ.

1.3 Замалювати осцилограми вхідного сигналу і вихідних сигналів для обох варіантів.

1.4 Проаналізувати, як змінюється амплітуда вихідного проінтегрованого сигналу при зміні ємності і від зміни сталої часу τ.

2 Дослідити схему диференціатора.

2.1 Вивчити схему диференціатора, зображеного на рис. 2. Назвати, на яких елементів він побудований, пояснити принцип формування вихідного сигналу. Розрахувати сталу часу диференціювання для обох варіантів підключення резистора за формулою τ=RС.

2.2 Встановити частоту генератора G1 500 Гц. Підключити в ланку від’ємного зворотнього зв’язку за допомогою перемикача спочатку резистор з опором R2=20кОм, а потім R3=5 кОм.

2.3 Замалювати осцилограми вхідного сигналу і вихідних сигналів для обох варіантів.

2.4 Проаналізувати, як змінюється амплітуда вихідного продиференційованого сигналу при зміні опору резистора ланки зворотнього зв’язку і від зміни сталої часу диференціювання τ.

 

ЗМІСТ ЗВІТУ:

- титульний лист з назвою роботи та її виконавцем;

- мета роботи;

- перелік приладів;

- схеми інтегратора і диференціатора;

- розрахунки сталих часу;

- часові діаграми;

- висновки;

- відповіді на контрольні запитання.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДО ЗАХИСТУ:

1 Що таке операційний підсилювач?

2 Як змінюється полярність вихідного сигналу при поданні вхідного сигналу на інвертуючий та неінвертуючий входи?

3 Назвіть основні параметри ідеального ОП.

4 Як впливає зміна частоти на коефіцієнт підсилення інтегратора і диференціатора?

5 Як впливає зміна сталої часу на вихідну напругу інтегратора і диференціатора?

 

ПІДВЕДЕННЯ ПІДСУМКІВ І ОЦІНЮВАННЯ РІВНЯ ЗНАНЬ: По результатам виконання, оформлення лабораторної роботи робляться узагальнені висновки і оцінюється виконання, своєчасність і правильність оформлення звіту, з виставленням оцінки по п’ятибальній шкалі в журнал.

 

 

ВИКЛАДАЧ - Т.І.Ковальова