Отчет по лабораторной работе №4

Отчет по лабораторной работе №4

Дисциплина: «Электроника и схемотехника»

Исследование функциональных особенностей операционных усилителей

Выполнил:

Студент 3 курса

Группы 11-ББ-ИБ3

Калиниченко И.А.

 

Проверил:

к.т.н., профессор Тельнов Г.В.

 

Краснодар 2013

Цель работы:

 

1. Изучение особенностей и свойств функциональных схем на базе операционного усилителя и получение навыков измерения и расчета их параметров в системе компьютерного моделирования.

2. Закрепить и совершенствовать знания функциональных особенностей и работы устройств на базе операционного усилителя.

3. Привить навыки проведения научных исследований и использования измерительных приборов.

 

Учебные вопросы:

1. Исследование инвертирующего ОУ.

2. Исследование суммирующего ОУ (сумматора напряжений).

3. Исследование вычитающего ОУ.

4. Исследование повторителя напряжения.

 

 

Исследование инвертирующего ОУ

Составим электрическую схему инвертирующего ОУ и подключить к схеме измерительные приборы (осциллограф, мультиметр и вольтметр) как показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема исследования инвертирующего операционного усилителя

 

· Ключевые элементы К1 и К2 служат для коммутации и исследования работы схемы на постоянном и переменном токе;

 

 

Исследования в режиме постоянного тока

· выполним подготовительные мероприятия для проведения исследований (ключ К1 – замкнут, ключ К2 – разомкнут);

· активизируем схему нажатием кнопки «0 – 1»;

· настройкой каналов осциллографа получим устойчивое изображение физических процессов и будем наблюдать форму сигнала на экране осциллографа, как показано на рис. 1.2

.

Рис. 1.2. Осциллограммы режима работы инвертирующего ОУ на постоянном токе

 

Коэффициент усиления исследуемой схемы по равен:

 

Рассчитаем коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной обратной связью по формуле:

 

Далее изменяя сопротивления R₁ и R₂, а также входное напряжение питания, занесем результаты расчетов в таблицу 1.1.

Таблица 1.1. Результаты расчетов

UВХ, мВ	R1, Ом	R2, Ом		UВЫХ, мВ		RВЫХ, МОм
			-1	-5	-1	0,5
		10 000	-10	-50	-10
			-0,5	-2,5	-0,5	0,25
- 5			-1		-1	0,5
- 5		10 000	-10		-10
- 5			-0,5	2,5	-0,5	0,25

Исследования в режиме переменного тока

· выполним подготовительные мероприятия для проведения исследований (ключ К1 – разомкнут, ключ К2 – замкнут), установим U_ВХ = 5 мВ, частоту f = 5 Гц, j₀ = 0°;

· активизируем схему нажатием кнопки «0 – 1»;

· настройкой каналов осциллографа получим устойчивое изображение физических процессов и будем наблюдать форму сигнала на экране осциллографа, как показано на рис. 1.3.

 

Рис. 1.3. Осциллограммы режима работы инвертирующего ОУ на переменном токе

 

Коэффициент усиления исследуемой схемы по равен:

 

Рассчитаем коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной обратной связью по формуле:

 

Далее изменяя сопротивления R₁ и R₂, занесем результаты расчетов в таблицу 1.2.

 

Таблица 1.2. Результаты расчетов

UВХ, мВ	Um ВХ, мВ	R1, Ом	R2, Ом		Um ВЫХ, мВ		RВЫХ, МОм
				-1			0,35
			10 000	-10
				-0,5	3,5	0,5	0,145

 

Вывод:

В ходе проведенных исследований инвертирующего операционного усилителя было выяснено, что при подаче сигнала на инвертирующий вход ОУ на выходе усилителя изменяется полярность выходного сигнала на противоположную.

При подаче синусоидального напряжения осуществляется сдвиг фазы усиливаемого сигнала на 180⁰.

Выходное напряжение такого усилителя рассчитывается по формуле: где - коэффициент усиления по напряжению.

 

 

Таблица 2.1. Показания измерительных приборов

				UВЫХ, мВ (измер.)		UВЫХ, мВ (расчет.)
	Е1 = 2 мВ, Е2 = - 6 мВ, Е3 = 5 мВ; R1=R2=R3 = 1кОм, R4 = 10 кОм
	-10	-10	-10	-10		-10
	Е1 = 2 мВ, Е2 = - 6 мВ, Е3 = 5 мВ; R1=R2= 1кОм, R3 =2 кОм, R4 = 10 кОм
	-10	-10	-5
	Е1 = 2 мВ, Е2 = - 6 мВ, Е3 = 5 мВ; R1=1 кОм, R2=2 кОм, R3 = 5 кОм, R4 = 10 кОм
	-10	-5	-2
	Е1 = -5 мВ, Е2 = 7 мВ, Е3 = -10 мВ; R1=1 кОм, R2=2 кОм, R3 = 5 кОм, R4 = 10 кОм
	-10	-5	-2		4,375

 

Вывод:

В результате проведенных исследований суммирующего операционного усилителя было выяснено, что суммирующий усилитель вырабатывает выходное напряжение, величина которого пропорциональна сумме входных напряжений.

Напряжение на выходе такого усилителя рассчитывается по формуле:

 

Исследование вычитающего ОУ

При одновременной подаче напряжения на оба входа получается вычитающий усилитель. При выполнении следующего условия , усилитель становится дифференциальным и усиливает разность напряжений, приложенных к входам

Таблица 3.1. Показания измерительных приборов

UВХ1, мВ	UВХ2, мВ	R1, кОм	R2, кОм	R3, кОм	R4, кОм		UВЫХ, мВ (расчет.)	UВЫХ, мВ (измер.)
						-10
	-13					-5	-90	-90
	-13					-4	-72	-72
-2	-6					-3	-12	-12
-8						-4

Таблица 3.2. Показания измерительных приборов

UВХ1, мВ, f =5 Гц	UВХ2, мВ	R1, кОм	R2, кОм	R3, кОм	R4, кОм		UВЫХ, мВ (расчет.)	UВЫХ, мВ (измер.)
						-10
	-13					-5
	-13					-4

Вывод:

В результате проведенных исследований вычитающего операционного усилителя было выяснено, что при одновременной подаче напряжения на оба входа на выходе вычитающего (дифференциального усилителя) вырабатывается выходной сигнал, пропорциональный разности входных сигналов.. При выполнении следующего условия , усилитель становится дифференциальным и усиливает разность напряжений, приложенных к входам. Напряжение на выходе такого усилителя рассчитывается по формуле:

 

 

Отчет по лабораторной работе №4

Дисциплина: «Электроника и схемотехника»