2,5 В и изменяющейся частотой в пределах 0,02 20 кГц, от которого сигнал подается на вход ОУ.1.1 Исследование применений операционных усилителей (ОУ) в качестве интеграторов, дифференциалов, логарифмирующих усилителей.
1.2 Закрепление знаний методики снятия амплитудных и амплитудно-частотных характеристик.
2.Содержание работы:
2.1 Снятие амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) интеграторов и дифференциаторов.
2.2 Снятие амплитудной характеристики логарифмирующего ОУ.
2.3 Определение расчетных и эксприменталных значений коэффициента усиления ОУ, выполняющих математические операции.
3.Особенности правил и мер техники безопасности при проведении экспериментальных исследований.
3.1 Земельные зажимы приборов (электронных вольтметров и осциллографа) обязательно соедините с соответствующими земельными зажимами лабораторного стенда СОУ.
3.2 Следите за правильным выбором пределов измерения электронных вольтметров и коэффициента усиления осциллографа.
3.3 В остальном при выполнении данной работы правила техники безопасности не отличаются от общих при работе в электротехнических лабораториях.
4.Методические указания по подготовке к выполнению работы.
4.1 Изучить раздел: "Операционные усилители" (../I/, с.131-139)
4.2 Изучите данные методические указания, обратите особое внимание на методику и порядок проведения исследований.
4.3 Подготовить бланк отсчета по работе,
-записав цель работы;
-вычертив схемы интегрирующего, дифференцирующего и логарифмирующего ОУ;
-подготовьте таблицы для внесения экспериментальных и расчетных данных.
5.Описание лабораторной установки.
Работа выполняемая на стенде для исследования операционных усилителей СОУ (схема стенда приведена на его лицевой панели). В состав стенда входит ОУ DA1 с соответствующими цепями ООС, позволяющими использовать его в качестве интегратора, дифференциатора или логарифмического усилителя. Кроме того, стенд содержит генератор синусоидальных напряжений с Uвых = 0 2,5 В и изменяющейся частотой в пределах 0,02 20 кГц, от которого сигнал подается на вход ОУ.
Интегратор образуется включением в цепь ООС инвертирующего ОУ конденсатора Сос=С2. Схема интегратора, реализованного на ОУ, показана на рис.1.
Коэффициент усиления интегратора на ОУ
Дифференциатор получает заменой резистора R1 в схеме инвертирующего ОУ конденсатором С1. Схема дифференциатора на ОУ показана на рис.2.
Логарифмический усилитель (ЛУ) получают, включая в цепь ОС ОУ элементы с pn-переходом (рис.3.)
6.Порядок выполнения работы.
6.1 Подготовьте к работе осциллограф и электронные вольтметры, установив переключатели на них в положения, соответствующие роду работы.
6.2 Вольтметр, измеряющий Uвх, подключите к гнездам 1 и 2 разъема XS1. К гнездам 14 и 16 разъема XS4 подключите вольтметр, измеряющий Uвых, и осциллограф.
Следите за соединением земельных зажимов приборов с земельными клеммами стенда ОУ (они имеют обозначение
).
6.3 Входной сигнал Uвх подайте от гнезд "1 : 1" - "1 : 100" генератора к гнезду 1 схемы ОУ. Земляные клеммы генератора и ОУ соединены внутри стенда.
6.4 Установите переключатели: S1 - в положение "ВЫКЛ", S2 - в положение "УСИЛИТЕЛЬ", S3 - в положение "ИНВ". (см. схему на панели стенда СОУ).
6.5 Включите тумблеры "СЕТЬ" стенда СОУ, вольтметров и осциллографа и дайте приборам прогреться в течение 5 минут.
6.6 Исследуйте интегрирующий ОУ, собрав схему на рис.4.
6.6.1 В соответствии с вариантом задания (табл.3) подключите нужные резисторы Z1 = R8 или R9 и конденсатор С6.
6.6.2 Установите Uвх схемы интегратора с помощью рукоятки "Uвых" панели генератора (для установки Uвх < 0,2 В используйте гнезда "1:10" и "1:100" на панели генератора). Желательно на частоте 20 Гц установить такое значение Uвх, при котором Uвых будет максимально возможным, но не превышающим 6 В.
Рис.4. Принципиальная электрическая схема интегратора на ОУ.
6.6.3 Снимите АЧС интегратора на ОУ, изменяя частоту входного сигнала ступенчато в пределах 0,02
При измерении Uвых меняйте пределы измерения вольтметра так, чтобы результаты измерения находились в последней четверти шкалы.
6.6.4 Результаты измерений Uвх и Uвых занесите в таблицу 1.
Таблица 1.
6.7 Исследуйте дифференцирующий ОУ, собрав схему рис.5.
Рис.5. Принципиальная электрическая схема дифференциатора на ОУ.
6.7.1 В соответствии с вариантом задания (см.табл.3) подключите нужные резисторы Z2 = R10, R11 или R12 и конденсатор C5.
6.7.2 На частоте f=20000Гц установите с помощью рукоятки "Uвых" панели генератора такое входное напряжение дифференциатора, при котором его выходное напряжение будет максимально возможным, но не превышающим 6 В.
6.7.3 Снимите АЧС дифференциатора на ОУ, изменяя частоту входного сигнала в пределах 0,02
6.7.4 Результаты измерений Uвх и Uвых занесите в таблицу 1.
6.8 Рассчитайте экспериментальные значения коэффициентов усиления интегратора (дифференциатора) по формулам, приведенным в п.6.13. Результаты расчетов занесите в таблицу 1.
6.9 По результатам расчетов постройте графики теоретических и экспериментальных АЧХ интегратора и дифференциатора (графики зависимости коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала Kv(f)).
6.10 Рекомендации по построению АЧХ.
6.10.1 Коэффициент усиления рекомендуется выражать в децибелах (дБ).
Kv,дБ=20lg|Kv|.
6.10.2 По оси абсцисс а АЧХ откладывают логарифм частоты (рис.6), чтобы перекрыть значительный частотный диапазон и не сжимать график при малых значениях частот.
Расстояния, откладываемые в декаде по оси абсцисс: 2-3 единицы, 3-4,8 единицы, 5-7 единиц, 10-10 единиц.
6.10.3 Теоретическую АЧХ генератора (дифференциатора) постройте как прямые, проходящие через 2 точки, соответствующие Kv,дБ, подсчитанным при двух различных частотах (например 200 Гц и 2000 Гц) по формулам, приведенным в п.6.13.
6.11 Исследуйте логарифмический ОУ, собрав схему рис.7.
6.11.1 В соответствии с вариантом задания (см. табл. 3) подключите нужные резисторы Z1=R8 или R9 и диоды VD1;VD2.
6.11.2 При частоте f=2000 Гц установите начальную величину Uвх, равную приблизительно 4 В, с помощью рукоятки "Uвых" панели генератора.
6.11.3 Снимите амплитудную характеристику логарифмирующего ОУ, устанавливая каждое последующее значение:
.
С уменьшением величины Uвх переключитесь на гнезда "1:10","1:100" панели генератора.
6.11.4 Результаты измерения Uвх и Uвых занесите в таблицу 2.
6.11.5 По результатам измерений постройте график амплитудной характеристики логарифмирующего ОУ (график зависимости Uвых при f=2000 Гц = const).
6.12 По результатам выполненных экспериментов и построенным графикам сделайте выводы о точности выполняемых математических операций.
6.13 Расчетные формулы
7.Содержание отчета.
Отсчет должен содержать:
-цель работы;
-принципиальные электрические схемы интегратора, дифференциатора или логарифмирующего ОУ (по заданию преподавателя);
-таблицы результатов измерений;
-графики АЧХ (теоретические и экспериментальные) для интегратора и дифференциатора;
-график амплитудной характеристики для ОУ;
-расчетные формулы;
-выводы по результатам экспериментальных исследований.
8.Контрольные вопросы.
8.1 Что такое операционный усилитель? Почему он так называется?
8.2 Перечислите известные Вам применения ОУ.
8.3 Что называют амплитудной и амплитудно-частотной характеристикой ОУ?.
8.4 Постройте принципиальную схему интегратора на базе ОУ. Почему он так называется?
8.5 Каким выражением определяется коэффициент усиления напряжения генератора?
8.6 Постройте принципиальную схему дифференциатора на базе ОУ. Почему он так называется?
8.7 Каким выражением определяется коэффициент усиления напряжения дифференциатора?
8.8 Постройте принципиальную схему логарифмирующего ОУ. Почему он так называется?
8.9 На каких частотах наблюдается отклонение экспериментальных АЧХ дифференциатора и интегратора от теоретических? В чем причина?
Таблица 3. Варианты заданий.
Окончательная таблица:
