Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы. В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Цель работы: изучение основных схем включения операционных усилителей (ОУ), определение параметров и характеристик усилительных устройств на базе ОУ.

Исследование инвертирующего усилителя

1. Произвести расчет параметров схемы инвертирующего усилителя на базе ОУ. Тип ОУ задается преподавателем. В среде системы схемотехнического моделирования МС9 создать схему инвертирующего усилителя на ОУ. На рис.14 приведен пример построения схемы.

Рис.14. Схема инвертирующего усилителя.

При сборе схемы in,out вписываются двойным нажатием на узел, в колонке имена узлов вписываем in и out. Узлы T1,T2 выставляются автоматически.

Выполнить расчет схемы во временной области при различных значениях сопротивления R1. Для этого выполнить моделирование схемы в режиме Analysis/ Transient analysis. В окне “Transient analysis limits” задать выводимые временные диаграммы и пределы изменения величин по амплитуде сигналов и времени. Для запуска расчета нажать RUN (Запуск).

На рис.15 и рис.16 в качестве примера приведены результаты моделирования для вышеприведенной схемы.

Рис. 15. Установка значений для моделирования переходного анализа и диалоговое окно Stepping

Рис. 16. Результат анализа переходных процессов.

В рассмотренном примере производится расчет процессов при изменении параметра R1 от 10 до 150 кОм с шагом 20 кОм, задаваемом в диалоговом окне Stepping.

2. Исследовать АЧХ усилителя. Для этого произвести моделирование схемы в режиме AC Analysis. Пример моделирования при изменении R1 от 10 до 50 кОм с шагом 10 кОм приведен на рис.17.

Рис. 17. Установка значений для частотного анализа и диалоговое окно Stepping.

Рис. 18 Результат частотного анализа.

3. Произвести курсорные измерения коэффициентов усиления по постоянному току и сравнить их значения с расчетными. Сделать соответствующие выводы.

4. Рассчитать входные и выходные сопротивления усилителя при различных коэффициентах усиления.

Содержание отчета

5. Цель работы;

6. Схема устройства, окно задания параметров моделирования.

7. Результаты моделирования.

8. Вывод.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2. Исследование

характеристик генератора с мостом Вина

Цель работы: Изучение принципов построения генераторов. Исследование процессов в RC-генераторе с мостом Вина.

Задание к лабораторной работе

1. Произвести расчет параметров схемы RC-генератора с мостом Вина для частоты генерации заданной преподавателем. Создать схему генератора. Пример построения схемы приведен на рис. 19.

Рис. 19. Схема генератора с мостом Вина.

2. В режиме анализа переходных процессов (Transient analysis) исследовать процесс самовозбуждения генератора при различных значениях коэффициента усиления и провести спектральный анализ выходного напряжения. Примеры результатов моделирования приведены на рис.20 и рис.21.

Рис. 20. Установки анализа переходных процессов.

Рис. 21. Результат частотного анализа.

3. Исследовав влияние коэффициента усиления на форму и гармонический состав колебаний, сделать соответствующие выводы.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Окно задания параметров моделирования;

4. Результаты измерения амплитуды первой гармоники выходного напряжения при различных значениях коэффициентов усиления;

5. График зависимости амплитуды первой гармоники выходного напряжения при различных значениях коэффициентов усиления;

6. Вывод.