Тема: Исследование линейных аналоговых схем на интегральных операционных усилителях.

Цель: научиться экспериментально исследовать аналоговые схемы на интегральных операционных усилителях.

Теоретическая часть

В зависимости от условий подачи на вход ОУ усиливаемого сигнала, а также с учетом подключения внешних компонентов можно получить инвертирующее, неинвертирующее и дифференциальное включения
усилителя. На рис 6.1, 6.2 приведены схемы инвертирую­щего и неинвертирующего включения ОУ.

 

Рис. 6.1 Схема неинвертирующего включения ОУ.

 

Рис.6.2 Схема инвертирующего включения ОУ.

 

 

С учетом того, что ОУ близок по своим характеристикам к иде­альному усилителю (Rвx®¥, Rвых®0, к®¥), коэффициент усиления по напряжению схемы на ОУ определяется только параметрами цепи обратной связи:

 

- инвертирующее включение (6.1)

 

- неинвертирующее включение (6.2)

 

 

Рис.6.3 Схема сумматора напряжений

 

 

Выходное напряжение сумматора U_вых рассчитывается по следующему соотношению:

(6.3)

 

Методические указания к выполнению работы

 

1. Макет лабораторной работы (№6).

Данные схем: (a) R_l=10 кОм, R₂=20 кОм; (б) R_l=R₂=3O кОм;

R₃=R₄=150 кОм; DA1, DА2-К140УД608.

2. Снять и построить передаточную характеристику неинверти­рующего усилителя на ОУ DA1 Uвых=f(Uвх). Соединить проводником гнезда х₂ и х₅ и изменять входное напряжение ручкой "Е1" от макси­мального отрицательного до максимального положительного значе­ния. Фиксировать входное и выходное напряжение на гнездах х₁ и х₆ с помощью цифрового вольтметра.

 

Рис.6.4 Макет лабораторной работы №7.

 

3. Для линейного участка передаточной характеристики опреде­лить коэффициент усиления неинвертирующего усилителя и сравнить с расчетным значением.

 

4.Снять и построить передаточную характеристику инверти­рующего усилителя на ОУ DA2 Uвых=f(U1) для двух положений пере­ключателя S1 (нажата и отжата). Соединить проводником гнезда х₂ и х₇ и изменять входное напряжение ручкой "Е₁" от максимального отри­цательного, до максимального положительного значений. Фиксировать входное и выходное напряжение на гнездах х₁ и х₉ с помощью циф­рового вольтметра.

 

5. Для линейных участков передаточных характеристик опреде­лить коэффициенты усиления и сравнить их с расчетными значения­ми.

 

6.Исследовать суммирование напряжений U₁ и U₂, которые подаются через резисторы R₁ и R₂ на инвертирующий вход ОУ DA2. Нажать кнопку S1. Соединить проводниками гнезда х2 и х7, х4 и х8, подключив источники Е1 и Е2 к входам сумматора. Установить руч­ками "Е1" и "Е2" напряжение для трех вариантов:

l. U1=+lB, 2.U1=+lB, 3.U1=+2В,

U2=+1B, U2=-2B, U2=-3B.

 

Измерить напряжение на выходе Uвых (x9) и сравнить с расчет­ными значениями. Данные занести в таблицу.

Содержание отчета

1. Схемы неинвертирующего и инвертирующего усилителей.

2. Передаточная характеристика и определение коэффициента уси­ления неинвертирующего усилителя. Теоретический расчет Rвх, Rвых, Ku. Таблица с экспериментальными и теоретическими параметрами.

3. Передаточные характеристики инвертирующего усилителя для двух режимов. Расчет коэффициентов усиления и сравнение их с экс­периментальными данными.

4. Результаты исследования сумматора в виде таблицы.

4.Контрольные вопросы

1. Назовите способы включения ОУ.

2. Назовите области применения ОУ.

3. Какие требования предъявляются к величинам сопротивле­ний в исследуемых схемах на ОУ?

4. Каким требованиям должна удовлетворять нагрузка иссле­дуемых схем на ОУ?

5. Нарисуйте схему дифференциального включения ОУ. Перечислите особенности схемы с дифференциальным включе­нием ОУ.

 

Лабораторная работа № 9.

Тема: Исследование активных фильтров.

Цель: изучить и исследовать активные фильтры. Получить на­выки экспериментального определения и теоретического расчета их основных характеристик и параметров.

Теоретическая часть

ОУ применяют для создания активных фильтров, т. е. Фильтров имеющих в полосе пропускания, коэффициент усиления больше 1. В схемах фильтров, RC - цепи, включают так, что у усилителя появляются избирательные свойст­ва. На рис. 7.1-7.3 приведены схемы фильтров первого порядка низ­ких (ФНЧ), высоких (ФВЧ) частот, полосовой фильтр (ПФ) и их ЛАЧХ.

а) б)

Рис. 7.1 Схема ФНЧ (а) и его ЛАХЧ (б).

а) б)

Рис. 7.2 Схема ФВЧ (а) и его ЛАЧХ (б).

а) б)

Рис. 7.3 Схема ПФ (а) и его ЛАХЧ (б).

 

Для этих фильтров коэффициенты усиления и частоты среза находятся из следующих соотношений:

 

- ФНЧ: ,

где (7.1)

. (7.2)

 

 

- ФВЧ: ,

где (7.3)

. (7.4)

 

- ПФ: (7.5)

 

 

Порядок выполнения работы

 

1. Макет лабораторной работы (№7).

 

Рис. 7.4 Макет лабораторной работы №7.

 

Данные схемы R₁=R₂=6,8 кОм, С₁=С₂=0,22 мкФ, DA1-К140УД608.

 

2. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) фильтра нижних частот первого порядка (ФНЧ). Кнопки S2 и S3 нажаты. Характеристики снимаются путем измерения напряжения Uвых (гнездо х11) при Uвх=3 В, которое поддерживается постоянным с помощью ручки "Ег" при изменении частоты от 0.08 до 20 кГц пере­ключателем "кГц(a)".

 

3. Снять и построить АЧХ ФВЧ. Кнопки S2 и S3 отжаты. Поря­док снятия характеристик в соответствии с п. 1.

 

4. Снять и построить АЧХ ПФ первого порядка. Кнопка S2 отжа­та, S3 нажата. Порядок снятия характеристик в соответствии с п. 1.

 

5. Определить экспериментальным и расчетным путем коэффици­енты усиления в полосе пропускания, граничные частоты ФНЧ и ФВЧ, а также резонансную частоту ПФ.

Содержание отчета

1. Схемы активных фильтров,

2. АЧХ фильтров.

3. ЛАЧХ фильтров.

4. Данные определённые экспериментальным и расчетным путем, коэффи­циентов усиления в полосе пропускания и граничные частоты полосы пропускания ФНЧ и ФВЧ, а также резонансную частоту пропускания полосового фильтра.

4. Контрольные вопросы

1.Назовите области применения фильтров.

2.Чем отличаются активный и пассивный фильтры?

3.Какую функцию выполняет ОУ в схемах активных фильт­ров?

4.Перечислите основные характеристики фильтров.

5.Как правило, в практических схемах активных фильтров на ОУ неинвертирующий вход соединяется с общим выходом через ре­зистор. Поясните назначение резистора.

 

 

Лабораторная работа № 10.