| F, кГц | |||||||||
| Uвых 1, В |
Содержание отчета
1. Наименование и цель лабораторной работы.
2. Принципиальные электрические схемы усилительных устройств на основе операционного усилителя: инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального усилителей.
3. Графики проходных характеристик инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального усилителей.
4. Расчетные параметры усилительных устройств на основе экспериментальных данных.
5. Графики амплитудно-частотных характеристик инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального усилителей.
6. Результаты определения частотной полосы пропускания рассмотренных усилительных устройств на основе операционного усилителя.
7. Выводы по результатам выполнения лабораторной работы.
Контрольные вопросы
1. Какая обратная связь формируется в результате подсоединения резистора между выходом инвертирующим звеном и выходом операционного усилителя?
2. Для каких целей применяется инвертирующий усилитель?
3. Как рассчитывается резистор Rбал и для чего применяется в схеме дифференциального усилителя?
4. Назовите способ устранения температурного дрейфа нуля операционного усилителя.
5. Как определить минимальный сигнал на входе операционного усилителя ?
6. Для каких целей применяется неинвертирующий усилитель на основе операционного усилителя?
7. Почему неинвертирующий усилитель имеет высокое входное сопротивление?
8. Как выполняется расчет погрешности в результате действия синфазного сигнала на входе операционного усилителя?
9. Почему неинвертирующий усилитель можно применять в качестве измерительного?
10. Для каких целей применяется дифференциальный усилитель на основе операционного усилителя?
11. Как рассчитать коэффициент усиления для рассмотренных усилительных устройств?
12. Как определяется частотная полоса пропускания по экспериментальной амплитудно-частотной характеристике?
Лабораторная работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СХЕМ НА ОСНОВЕ
ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Цель работы: изучить принцип действия импульсных схем на основе операционного усилителя: аналогового однополярного компаратора, мультивибратора и ждущего мультивибратора.
Краткие теоретические сведения
Аналоговый компаратор, мультивибратор и ждущий мультивибратор на основе операционного усилителя предназначены для реализации импульсных режимов работы электронных устройств.
1. Аналоговый однополярный компаратор служит для сравнения подаваемых на входы операционного усилителя напряжений: входного Uвх и опорного Uоп. Принципиальная электрическая схема однополярного компаратора приведена на рис. 3.1, а [1].
Операционный усилитель изменяет свое состояние на выходе при равенстве входных напряжений Uвх = Uоп.
2. Мультивибратор.
Назначение мультивибратора заключается в формировании на его выходе прямоугольных импульсов при подключении данного устройства к источнику питания. Принципиальная электрическая схема мультивибратора приведена на рис. 3.2, а, [1], график работы – на рис. 3.2, б.
Принцип действия мультивибратора заключается в следующем. В мультивибраторе действуют цепь отрицательной обратной связи, реализуемая элементами R и C, которая формирует лавинообразное переключение мультивибратора из состояния отрицательного ограничения в положительное и обратно, а также цепь положительной обратной связи по неинвертирующему входу на элементах R. Положительная обратная связь определяет длительность нахождения мультивибратора в каждом из указанных состояний. При заряде конденсатора C увеличивается напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя и по положительной обратной связи поступает на неинвертирующий вход усилителя. При равенстве напряжений на входе усилителя мультивибратор скачкообразно переключается в противоположное состояние, как показано на рис. 3.2, б.
а)
б)
Рис. 3.1. Принципиальная электрическая схема однополярного
аналогового компаратора (а) и график его работы (б)
а)
|
б)
Рис. 3.2. Принципиальная электрическая схема
мультивибратора (а) и график работы (б)
Период колебаний мультивибратора определяется по формуле
, (3.1)
где 
– длительность формируемых импульсов; 
– коэффициент цепи положительной обратной связи; 
– коэффициент цепи отрицательной обратной связи.
3. Ждущий мультивибратор.
Принципиальная электрическая схема ждущего мультивибратора представлена на рис. 3.3. Предназначен для формирования прямоугольных импульсов при работе в ждущем режиме, то есть при формировании на входе запускающего импульса.
Исходное состояние мультивибратора, например, состояние положительного ограничения задается при подаче отрицательного напряжения на инвертирующий вход операционного усилителя через резистор R. В этот момент диод VD1 открывается, препятствуя заряду конденсатора C. При подаче на вход мультивибратора запускающего импульса – отрицательного (в соответствии с включением диода VD2) и короткого, через дифференцирующую цепь Cвх Rвх на выходе операционного усилителя увеличивается напряжение, которое через цепь положительной обратной связи R1 R2 поступает на неинвертирующий вход усилителя. Увеличение напряжения на данном входе продолжается до момента равенства его с напряжением на инвертирующем входе. При равенстве напряжений на входах операционный усилитель переключается в состояние отрицательного ограничения. При этом диод VD1 закрывается и начинается заряд конденсатора C через резистор R. В этом случае возрастает напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя до момента равенства его с напряжением на неинвертирующем входе, при котором усилитель переключается в состояние положительного ограничения, диод VD1 открывается, препятствуя заряду конденсатора C. В данных условиях ждущий мультивибратор сохраняет состояние на выходе операционного усилителя до прихода следующего запускающего импульса, далее вышеописанные процессы аналогично повторяются.
Период колебаний ждущего мультивибратора определяется по формуле
, (3.2)
где 
, 
.
Время восстановления рассчитывается по следующей зависимости:
. (3.3)
Рис. 3.3. Принципиальная электрическая схема ждущего
мультивибратора
Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд для изучения импульсных схем на основе операционного усилителя включает следующие структурные компоненты: операционный усилитель, имеющий двухполярное электропитание ±15 В, встроенный источник питания ±15 В, устройства на основе операционного усилителя: аналоговый однополярный компаратор, мультивибратор, ждущий мультивибратор, которые структурно формируются подключением к операционному усилителю с помощью переключателей SB1-SB7. Для установки нуля операционного усилителя на лабораторном стенде подключены соответствующим образом ко входам установки нуля усилителя и источнику питания переменные резисторы R0 и Rбал.
На лабораторном стенде приведена информация на стенде о клеммах для подачи входных напряжений и контроля входных и выходных сигналов: аналогового компаратора 
– 1А, 1Б; 
– 2А, 2Б; ждущего мультивибратора – 
– 3А, 3Б; мультивибратора; клеммы для контроля выходного напряжения 
– 5А, 5Б, и клеммы корпуса – 6А, 6Б; 7А, 7Б; 8А, 8Б.
На стенде также предусмотрены переключатели «Сеть» и «Питание ОУ» – питание операционного усилителя.
Схема лабораторного стенда по изучению импульсных устройств на основе операционного усилителя приведена на рис. 3.4.
Порядок выполнения работы
При выполнении лабораторной работы исследуются следующие устройства на основе операционного усилителя: аналоговый компаратор, мультивибратор, ждущий мультивибратор.
Аналоговый компаратор
1. Используя переключатели, выполнить подключение схемы установки нуля операционного усилителя. Для этого на выход усилителя подключить цифровой вольтметр в режиме измерения по постоянному току. Затем, вращая переменные резисторы R0 и Rбал, установить на выходе операционного усилителя значение напряжения, равное нулю.
2. С помощью переключателей на лабораторном стенде (рис. 3.4) подключить схему компаратора (рис. 3.1, а). На стенде электорадиокомпоненты имеют следующие номиналы: Rн = 100 кОм; Rl = l кОм; R2 = 1 МОм.
3. На инвертирующий вход аналогового компаратора Uвх подавать переменный сигнал с генератора с амплитудой от 0,3 до 1,2 В с шагом 0,3 В. На неинвертирующий вход компаратора подать опорное напряжение Uоп от источника постоянного питания амплитудой 0,6 В.
Полученные экспериментальные данные занести в табл. 3.1.
3. На вход и выход компаратора подключить осциллограф. Используя на панели осциллографа регуляторы амплитуды и частоты сигнала, синхронизации, получить четкое изображение формы сигнала на входе и выходе компаратора.
4. Зарисовать осциллограммы на входе и выходе компаратора с экрана осциллографа для значений входного и опорного напряжений, приведенных в табл. 3.1.
3.1. Данные экспериментальных исследований компаратора
| Uвх, В | ||||||||
| Uоп, В | ||||||||
| Uвых, В |
Рис. 3.4. Схема лабораторного стенда для исследования импульсных схем
Дата: 2019-07-30, просмотров: 324.
