В.Н. Бородянко - Электрические цепи и основы электроники (Методические указания к проведению лабораторных работ) (1119803), страница 16
Текст из файла (страница 16)
'Габлица 1 1'ис, 1 Рис. 2 На передней панели изображена мнемосхема исследуемого усилителя и установлены регулирующие и коммутирующие элементы. Лабораторный модуль позволяет исследовать характеристики и параметры инвертирующего, суммирующего и вычитающего усилителей, интегрирующего и дифференцирующего устройств, компаратора, мультивибратора, фильтра верхних и нижних частот.
Исследуемые схемы собираются на модуле установкой соответствующих перемычек. С помощью потенцнометра 71Р! на вход усилителя может быть подано регулируемое постоянное напряжение. С помощью переключателей БА1...БА4 изменяются параметры соответствующих элементов схемы (табл. 2). Габлнца 2 С1, лФ й4, к0м 200; 400 20; 50; 100; 150; 200 6,8; 1О Большему значению на шкалах псрекьночателей соответствуют большие значения номиналов резисторов и конденсаторов. 73 В качестве источника переменного входного сигнала используется модуль «Функциональный генератор». Измерение постоянных напряжений осуществляется при помощи модуля «Мультиметры».
Для осциллографирования сигналов применяется двухканальный осциллограф ~в состав комплекса не входит). Для получения нужных свойств в ОУ вводят отрицательные обратные связи. В ОУ с отрицательной обратной связью коэффициент усиления зависит только от параметров цепи обратной связи н пе зависит от параметров самого усилителя. В простейшем слу гае цепь обратной связи представляет собой делитель напряжения. Прн этом ОУ работает как линейный усилитель. Используют две основные схемы включения ОУ, Охваченного цепью ОС; инвертирующую и не инвертирующую Инвертирующее включение ~рис. 3) применяют в большинстве аналоговых электронных устройств.
Качественно работа инвертиру~ощего усилителя иллюстрируется амплитудной ~передаточной) характеристикой У„„„. =~Щ,) (рис. 4) и амплитудно- частотной характеристикой ~АЧХ) К„.=Е'ф (рис. 5). Амплитудная характеристика усилителя ~рис. 4) имеет явно выраженные нелинейные участки и линейный участок.
В п,еделах линейного ,частка выходное нап,яжение пропорционально входному напряжени|о. При Отсутствии ах~дно~~ ~и~на~а 0„, = 0 ~ыходно~ напряжение покоя ОУ У„„,, отлично от нуля и определя~т статическую погрешность ОУ. Она 0 обусловлена напряжением смещения нуля ОУ У,.„ ~милливольты), средним входным током 1„,. и Рис. 5 разностью входных токов М„,. ОУ. Поэтому рекомендуется выбирать к, = Я,л„,~ф, + я„,), Обы шо Р, > 5ХОМ. Устранить выходное напряжение покоя У„„,. можно внешней регулировкой ~балансировкой нуля).
Однако лучшей гарантией получения минимального напряжения ошибок ' ЯВлЯется праВильный Выбор типа Операционного уснлнтеля и Выполнение необходимых соотношений резисторами схемы. При этом желательно использовать в устройстве резисторы небольших номиналов. При приближении У„„,.
к 1/„„ОУ выходит из линейного режима и переходит в режим ограничения с уровнем насьпцения Ю„,,,„.,„„., близким к напряжению питания, Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя на основе идсальнага операционного усилителя К„= У„.„, / У,,= — 1'ЪЯ1, где знак кминус» указывает на инверсию сигнала. Входное сопротивление ннвертирую1цега усилителя 15,, =Я1, Амплитудно-частотная характеристика К„= 5т ф, представляющая собой зависимость модуля коэффициента усиления по .напряжени1а Х»;, ат частоты 1, характеризует частотные свойства усилителя. Схема инвертиру1ащего интегратора на основе операционного усилителя 1рнс. 6), в пепи обратной связи которого установлен конденсатор С, получается установкой соответствующей.
С ц Рис. 7 Рис, 6 Выходное напряжение интегрирующего усилителя 1рнс. 7) 1 ~У„„,,151=- — )У,„45л51+У„„,„.1о), где У„„,,~О) — напряжение иа выходе нн- Р,С „ тегратара к моменту начала интегрирования. При подаче, например, на инвертирующий вход ОУ сигналов прямоугольной формы выходное напризкение имеет треугольную форму с тем же периодом, что н у входного прямоугольного сигнала. Амплитуда выходного напряжения интегратора при прямоугольной форме 5и вхОДНОГО сигнала 15„„„,= — У„,, — ", ГДс 1„— Длительность вхалнОГО импульса, У„н, ! амплитуда входного сип ала.
При периодическом прямоугольном входном сигнале на выходе интегратора получается напряжение треугольной формы. Амплитудное значение выходного напряжения достигается' за четверть периода прямоугольного входного сигнала илн половину длительности прямоугольного импульса 1„. Прп жатвах и этОМ 1' еьепыь 2г Такое включение ОУ часто используется при создании генераторов пнлоооряз!1ОГО напр51жепия нлн напряжени5! треугольной1 формы, Избирательными усилителямн (активнымн фильтрами) называют усилители, которые из совокупности принимаемых си~~алов выбнрьчат и усиливают только сииусаидальные сиГналы, занима1ащие Определенньп1 участок с!тектра частот, Активные фильтры часто реализуют.
Используя пассивные ЛС вЂ” цепи и ОУ в качестве активного элемента. Избирательные ~селективные) своиства таких устройств ~то есть их способность выделять полезный сигнал и ослаблять помехи) характеризуются нх АЧХ. Избирательные усилители обладают особой формой АЧХ. Полосу частот, В которой осуществляется усиление сигнала, называют полос~й пропускания 1прозрачностн).
Полосу частот, в которой сигналы подаВляются, называют полосой заграждения, В заВисимости От Взаимного расположения полос пропускания и заграждения различают виды фильтров: нижних частот„верхних частот, полосовые пропускания, полосовые заграждения, Значения коэффициента передачи ~усиления) в полосах пропускания и заграждения могут значительно различаться. Поэтому обычно АЧХ фильтра представляет собой зависимость его нормированного коэффициента усиления К~Кд от частоты ~ в логарнфмическом масштабе. Фильтр нижних частот с без изменения передает сигналы низкой частоты н обеспечивает затухание Высокочастотных сигналов. ~2 Вид АЧХ активного фильтра нижних частот определяется типом ЛС вЂ” фильтра. К На рис, 8 приведена схема активного фильтра, 1 ~ > и~ построенного на основе инвертирующего ОУ н интегратора.
ТВКОЙ филь ~ р представляет собой 0„, 6 ' инвертирующнй усилитель с постоянным коэффициентом усиления в полосе частот от ~, = 0 до /,. Частота среза г'... с которой начинается уменьшение коэффициента усиления, регулируется цепью г 1 ООратнон сВязи ~ = — —, На частоте Выше 2лЯ,С Рис. 8 коэффициент усиления уменьшается на 20 ДБ/дек, что соответстВует уменыпению кОэффициента усиления В дВа раза при удвОении частоты. Для получения АЧХ с большой крутизной применя~от каскадное соединение простых фильтров. На рнс. 9 представлена простейшая схема и характеристика устройства на ОУ с разомкнутой цепью обратной связи, называемого компаратором.
Компаратор осуществляет переключение выходного напряжения, когда непрерывно изменяющийся Входной сигнал становится выше или ннжс заданного значения. Такой компаратар представляет собой О»' без обратной связи и предназначен для Сравнения аднапалярнььт сигналов. Выходное напря»кение кампаратора Узза = У~и~..~~~я если У~~Т1 > Ух', и У„,„. = У,„,. „„„., если У,„,, < У„,, Благод ~ря высокому коэффициенту усиления ОУ даже прн малой разности ~УЬ,,-У„.„) происходит нерея»почение схемы из состояния У„„„„„,.
в состояннеУ,„,.„„. Следовательно, компаратар осуществляет сравнение напряжения аналогового сигнала с эталонным с высокой точностью. Для сраВнсния разнапалярных сигналоВ мОжет использОВаться одновхадавая схема компаратора (рнс. ! 0). Выходное напряжение компаратара будет положительным при подаче на Вход компаратора сигнала синусоидальной формы У„,, н положительного постоянного Сиг~~л~ У„„, если У„,, <У„„, и будет отрицательным, если У„,, > У„„(рис. И). Длительность выходных прямоугольных икнул~~~~ зависит От В~~и~~~ы ~о~тоянного напряжения У„„на вход~. яя Компаратары применя|атся в качестве датчиков полярности сигналов, для управления цифровымн схемами, управления кл1очами с помощью аналоговых сйгналаа, для квантОВаяия аналоговых напряжений, В генераторах спецнальнан фаРМЫ.
3. Порядок выполнения работы 3.1. Исследование инвертирующего усилителя. 3.1.1. Собрать схему инвертирующего усилителя, установив перемычки согласно рис. 12. Подключить к входу 1гнезда Х9, Х14) и выходу (гнезда Х1О и Х15) операционного усилителя мультиметры в режиме измерения постоянного напряжения. Установить переключатель БА1 в соответствующее положение с учетом заданного преподавателем значения сопротивления Й4. 3.1.2. Снять н построить амплитудную 1передаточную) характеристику Ь;„„.= ~~С~,,) на постоянном токе при двух полярностях входного сигнала, В качестве источника входного сигнала использовать выходное напряжение потенпиометра РР1.
Для этого установить перемычку между гнездами Х3 н Х9. Сопротивления резисторов установить в соответствии с указанием преподавателя. Включив электропитание, определить максимальные выходные напряжения ~У„,„. „, и соответствующие им входные напряжения ~У„„, . Затем, изменяя входное постоянное напряжение в пределах от — 1,2 11 „, до + 1,2 11„„„, снять амплитудную Рис. 12 Рис. 13 характеристику. Результаты измерений занести в табл.
3, По амплитудной характеристике определить коэффициент усиления по напряжению. Таблица 3 1 "к„ 3.1.3. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику К„=1гЩ усилителя при ~l, =совы для заданного значения резистора Я4. Для этого на вход усилителя подать напряжение от функционального генератора. При снятии характеристики амплитуда входного сигнала выбирается на линейном участке амплитудной характеристики. Амплитуды входного н выходного сигналов измерять осциллографом.
Результаты занести в табл. 4. По данным опыта вычислить коэффициенты усиления по напряжению н построить амплитудно-частотную характеристику усилителя, откладывая частоту и коэффициент усиления в логарифмическом масштабе. Определить значения граничных частот полосы пропускапия усилителя из условия, что коэффициент частотных искюкеннй ЛХ,=~И„=!,41. '1'аблица 4 3.2. Исследование активного фильтра 3.2.1. Собрать схему активного фильтра нижних частот согласно рис. 13. Иаиряженне на входе и вь|ходе фильтра контролировать при помощи осциллографа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
