Министерство образования и науки РФ
Дальневосточный Государственный Технический Университет
(ДВПИ им. Куйбышева)
Институт Радиоэлектроники Информатики и Электротехники
ЭЛЕКТРОНИКА
«ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ»
Владивосток 2010 г.
Цель работы: Ознакомиться с применением ОУ для сложениядвух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений, дифференцированияи интегрирования входных сигналов.
Для исследования был использован ОУ LM741.
1. Суммирование постоянных напряжений моделировалось насхеме рис.1.
/>
А. При UВХ1 = 5В и UВХ2 = 3В измерены: I1=1мА; I2 =0,6мА; I3=1,6мА; I4 =1,6мА; UВЫХ=-8В.
В. По значениям номиналов схемы рассчитаны:
I1 = U1/ R1= 1мА; I2 = U2/ R2 =0,6мА;
Iос= UВЫХ/ R3 =1,6мА; Iос = I1+ I2= 1,6мА;
U*ВЫХ = — (UВХ1∙ R3/ R1 + UВХ2∙ R3/ R2)= — 8В.
Измеренное значение UВЫХ соответствуетрасчетному значению U*ВЫХ.
2. Суммирование постоянного и переменного напряжений моделировалосьна схеме рис.2., осциллограммы напряжений приведены на /> />
рис.6.3
А. При UВХ≈ = 1В; UВЫХ≈ = 1В (фаза сдвинута на 1800);UВЫХ= = — 1В; расчетные значения этих величин:
U*ВЫХ≈ =1В; U*ВЫХ= =-1В.
/>
В. При UВХ≈ = 1В и R2=2,5 кОм измеренное значение UВЫХ≈= 1В (фаза сдвинута на 1800), а постоянная составляющая UВЫХ= = 2В (рис.4).
Расчетные значения этих величин:
U*ВЫХ≈ =UВХ1∙ R3/R1 = 1В; U*ВЫХ== — UВХ2∙ R3/R2 = — 2В;
/>
3. Суммирование переменных напряжений исследовалось посхеме рис.5.
/>
При UВХ≈ = 1В; UВЫХ≈ = 4В (фаза сдвинута на 1800);UВЫХ= = — 4В;
/>
расчетные значения этих величин:
U*ВЫХ≈ =UВХ∙ R3/R1 + R3/ R1 = 4В, что соответствует результатам измерений.
4. Переходной процесс в интеграторе исследовался по схемерис.7 На вход схемы подавались импульсы прямоугольной формы частотой 1 кГц.
/>
Скорость изменения выходного напряжения (по осциллограмме рис.8)VUВЫХ = 10В/мс.
5. Влияние амплитуды входного сигнала на переходный процессв интеграторе показан на рис.9.
/>
VUВЫХ= 20В/мс, что в два раза больше, чем в предыдущем эксперименте, то есть скоростьизменения выходного напряжения интегратора пропорциональна амплитуде входного сигнала.
/> />
6. Влияние параметров схемы на переходный процесс в схеме интегратора
А. При R1 = 5 кОм скоростьизменения выходного сигнала увеличивается:
/>
VUВЫХ= 20В/мс, что в 2 раза больше, чем в эксперименте по п.4 и равно значению в предыдущемэксперименте.
В. При С1 = 0,02 мФ скорость изменения выходного сигнала(рис.11) уменьшается: VUВЫХ = 5В/мс, что в 2 раза меньше, чем в эксперименте поп.4.
/>
Результаты измерений по п.4 — п.6 сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Результаты экспериментов со схемой интегратора№ пункта эксперимента
UВХ (В)
R1 (кОм)
C1 (мкФ)
VUВЫХ (В/мс)
UВЫХ MAX (В) 4 1 10 0,01 10 2,5 5 2 10 0,01 20 5 6 А 1 5 0,01 20 5 6 В 1 10 0,02 5 1,25
7. Переходный процесс в схеме дифференциатора на ОУисследовался по схеме рис.12, полученные осциллограммы представлены на рис.13.
/> />
А. Скорость изменения входного напряжения (по осциллограмме рис.13) VUВХ = 4В/мс.
В. UВЫХ = — R2∙C1∙∆ UВХ / ∆t = — R2∙C1∙VUВХ = — 1В, что соответствует экспериментальным данным,показанным на рис.13.
8. Для исследования влияния частоты входного напряжения,ее значение увеличено вдвое — 2 кГц (рис.14), следовательно, и скорость изменениявходного напряжения (при той же амплитуде сигнала) увеличилась вдвое.
/>
А. VUВХ = 8В/мс.
Амплитуда выходного сигнала, также увеличилась вдвое (рис.14)в сравнении с предыдущим экспериментом (рис.13).
В. UВЫХ = — R2∙C1∙∆ UВХ / ∆t = — R2∙C1∙VUВХ = — 2В,
что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.6.14.
9. Влияние сопротивления обратной связи (R2) на выходное напряжение дифференциатора, котороев эксперименте увеличено до 10кОм./> />
А. Скорость изменения входного напряжения (рис.15) аналогична эксперименту по п.7(рис.13) — VUВХ= 4В/мс
В. UВЫХ = — 2В, что соответствуетэкспериментальным данным, показанным на рис.14 и в 2 раза больше, чем в экспериментепо п.7 (рис.13).
10. Влияние емкости конденсатора схемы (С1)на выходное напряжение дифференциатора, которое в эксперименте увеличено до 100нФ.
А. Скорость изменения входного напряжения (рис.16) аналогичнаэксперименту по п.7 (рис.13) и п.9 (рис.15) — VUВХ = 4В/мс.
/> />
В. UВЫХ = — R2∙C1∙ ∆ UВХ/ ∆t = — R2∙C1∙VUВХ = — 2В,
что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.14и рис.15 и вдвое больше, чем в эксперименте по п.7 (рис.13).
Таблица 2
Результаты экспериментов со схемой дифференциатора№ пункта эксперимента
FВХ (кГц)
C1 (нФ)
R2 (кОм)
VUВХ (В/мс)
UВЫХ (В) 7 1 50 5 4 -1 8 2 50 5 8 -2 9 1 50 10 4 -2 10 1 100 5 4 -2
/>
Выводы
В результате проделанной работы с использованием средств моделированияпрограммного комплекса «Electronics Workbench» ознакомлены с применениемОУ для сложения двух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений,дифференцирования и интегрирования входных сигналов. Экспериментальные данные, полученныев работе, подтверждены аналитическими расчетами.