Лабораторно-практическая работа №18

Операционные схемы

 

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучить особенности работы интегрирующей дифференцирующей схем на ОУ.

2. Построить ЛАЧХ для обеих схем в звуковом диапазоне частот.

3. Сделать выводы об особенностях применения исследованных схем.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Операционные схемы на ОУ предназначены для обработки аналоговых сигналов; с их помощью можно производить практически любые математические операции с аналоговыми сигналами, не прибегая к использованию средств цифровой и микропроцессорной техники.

Интегрирующая схема на ОУ позволяет получать на выходе сигнал, пропорциональный интегралу от входногно сигнала, то есть:

Основным практическим применением такой операции является вычисление среднего значения за некоторый интервал времени Δt, которое, как известно из математического анализа, будет равно:

Значит, для отыскания величины U_СР следует определить, на какую величину изменилось напряжение на выходе интегратора в период времени Δt и промасштабировать его определенным образом (разделить на величину RCΔt).

На выходе дифференцирующей схемы имеется напряжение, пропорциональное производной входного сигнала, то есть:

Значит, дифференцирующая схема позволяет определять скорость изменения входного напряжения, что делает возможным создавать на ее основе, например, датчик скорости какой-либо величины по известному закону изменения координаты.

Недостатком применения дифференцирующей схемы является ее чусвтвительность к помехам в том случае, когда частота сигнала намного меньше частоты помехи (например, при обработке медленно изменяющегося сигнала на выходе датчика при наличии в нем 50-ти герцовой помехи сети).

ЛАЧХ интегрирующей схемы имеет линейный, убывающий характер, поскольку модуль коэффициента усиления этой схемы можно записать следующим образом:

Тогда для ЛАЧХ можно записать:

При логарифмическом масштабе по оси частот это соответствует линейно убывающей функции.

ЛАЧХ дифференцирующей схемы имеет линейный, возрастающий характер, поскольку модуль коэффициента усиления этой схемы можно записать следующим образом:

Тогда для ЛАЧХ можно записать:

При логарифмическом масштабе по оси частот это соответствует линейно возрастающей функции.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать интегрирующую схему (рис. 18.1) и измерить ее ЛАЧХ во всем звуковом диапазоне; результаты измерений занести в табл. 18.1.

2. Собрать дифференцирующую схему (рис. 18.2) и измерить ее ЛАЧХ во всем звуковом диапазоне; результаты измерений занести в табл. 18.2.

3. Построить ЛАЧХ для обеих схем в логарифмическом масштабе.

Рис. 18.1 Схема для снятия ЛАЧХ интегрирующей схемы

 

Замечание. При снятии ЛАЧХ интегрирующей схемы следует вначале установить входное напряжение U_ВХ порядка 10 В, а затем, по мере увеличения частоты, снижать величину U_ВХ так, чтобы на выходе схемы всегда присутствовало напряжение порядка нескольких вольт. Осциллограф необходим для визуалного наблюдения выходного сигнала на случай появления неилнейных искажений.

Рис. 18.2 Схема для снятия ЛАЧХ дифференцирующей схемы

 

Замечание. При снятии ЛАЧХ дифференцирующей схемы следует вначале установить входное напряжение U_ВХ порядка 1 В, а затем, по мере увеличения частоты, повышать величину U_ВХ так, чтобы на выходе схемы всегда присутствовало напряжение порядка нескольких вольт. Осциллограф также необходим для визуалного наблюдения выходного сигнала на случай появления неилнейных искажений.

 

Табл. 18.1 Данные для построения ЛАЧХ интегрирующей схемы
f, гц	30	50	300	10^3	2∙10^3	5∙10^3	20∙10^3
UВХ, B
UВЫХ, B
К, дБ

 

Табл. 18.2 Данные для построения ЛАЧХ дифференцирующей схемы
f, гц	30	50	300	10^3	2∙10^3	5∙10^3	20∙10^3
UВХ, B
UВЫХ, B
К, дБ

 

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованные операционные схемы.

2. ЛАЧХ для интегрирующей схемы.

3. ЛАЧХ для дифференцирующей схемы.

4. Выводы по работе.

ВЫВОДЫ

1. ЛАЧХ интегрирующей схемы в начале исследованного частотного диапазона имеет линейно убывающий характер, но, по мере роста частоты, ее характер становится нелинейным вследствие частотных искажений в самой микросхеме ОУ; аналогичные явления происходят и в дифференцирующей схеме.

2. Исследованные в данной работе схемы могут быть применены в устройствах обработки аналоговых сигналов или для аналоговых вычислений.