Князькова Т.О., Авдеева Т.В. Исследование аналоговых устройств на базе операционных усилителей в среде Multisim (2014) (1264236)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаФакультет «Фундаментальные науки»Кафедра «Электротехника и промышленная электроника»Т.О. Князькова Т.В. АвдееваИсследование аналоговых устройств на базе операционных усилителей всреде MultisimМетодические указания по выполнению лабораторной работы«Исследование аналоговых устройств на базе операционных усилителей всреде Multisim» по дисциплине «Электротехника и электроника»Москва(С) 2014 МГТУ им. Н.Э. БауманаУДК 621.38Рецензент: старший научный сотрудник, к.ф.м.н.

Андрей ВикторовичЖуравлевКнязькова Т.О. Авдеева Т.В.«Исследование аналоговых устройств на базе операционных усилителей всреде Multisim» по дисциплине «Электротехника и электроника».Электронное учебное издание. - М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015, 40с.Издание содержит три части, где представлены основныетеоретические сведения, необходимые для изучения работы аналоговыхустройств на базе операционных усилителей: инвертирующий усилитель,сумматор, интегратор, дифференциатор и избирательный усилитель.

Вовторой части указания по работе в программе Multisim и методика работы счастотным анализатором. В третьей части предложен порядок выполнениялабораторной работы.Особое внимание уделено исследованию операционных усилителей вкачестве инвертирующих сумматоров, интеграторов, дифференциаторов иизбирательных усилителей в среде Multisim. Определение их параметров ихарактеристик с помощью Боде-плоттера. При выполнении лабораторнойработы студенты проводят самостоятельную сборку схем и снятиепараметров в среде Multisim, проводят обработку результатов исравнительный анализ полученных результатов.Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана факультетов: МТ, СМ, РК, ИБМ.2Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК«Фундаментальные науки» МГТУ им.

Н.Э. БауманаКнязькова Татьяна ОлеговнаАвдеева Татьяна ВикторовнаИсследование аналоговых устройств на базе операционных усилителей всреде Multisim(С) 2014 МГТУ им. Н.Э. Баумана3ПредисловиеЛабораторная работа «Исследование аналоговых устройств на базеоперационных усилителей в среде Multisim» разработана для студентовизучающих дисциплину «Электротехника и электроника», раздел аналоговаяэлектроника.

Актуальностью данной темы является, то, что пониманиепринципа действия и использование аналоговых устройств в современнойпромышленной электронике, необходимо будущим инженерам. Посколькуоперационные усилители это современные устройства, предназначенные дляпостроения аналоговых приборов и систем, в том числе различныхусилителей, импульсных генераторов, стабилизаторов и т.д., то необходимознать базовые схемы и принцип их работы. К этим базовым схемамотносятся: инвертирующий усилитель, сумматор, интегратор,дифференциатор и избирательный усилитель. Помимо актуальности самойтемы лабораторной работы, особо хочется отметить, что лабораторная работавыполняется с помощью компьютерной программы моделированияэлектронных схем – Multisim, что позволит студентам научитьсяпользоваться программой, её элементной базой и основными инструментами.После выполнения лабораторной работы студенты будут знать:1.

характеристики и параметры аналоговых устройств на базеоперационного усилителя с различными цепями отрицательнойобратной связи.42. методику исследования аналоговых устройств с помощью частотногоанализатора.3. Схемотехнику построения аналоговых устройств на базеоперационного усилителя с различными цепями отрицательнойобратной связи.5Лабораторная работаИсследование аналоговых устройств на базе операционныхусилителей в среде MultisimЦель работы: исследование инвертирующего усилителя, сумматора,интегратора, дифференциатора и избирательного усилителя в среде Multisim.Определение параметров и характеристик с помощью частотногоанализатора Боде-плоттера и получения навыка проведения эксперимента всреде Multisim.1.Теоретическая частьОперационный усилитель (ОУ) – это линейный преобразователь,дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большимкоэффициентом усиления, предназначенный для работы с «глубокой»отрицательной обратной связью (ООС) рис.1.1.Активный фильтр - комплексное устройство, состоящее из ОУ ивнешних элементов, образующих цепь обратной связи, предназначено длявыполнения некоторых математических операций над аналоговымиэлектрическими величинами (как, например, суммирование, интегрирование,дифференцирование, умножение на постоянные коэффициенты и др.).Собственно операционный усилитель без цепи обратной связи неприменяют.

ОУ используют также в качестве прецизионных усилителей,6активных фильтров, повторителей напряжения, компараторов, на их основестроятся избирательные и полосовые усилители, генераторы синусоидальныхсигналов, генераторы сигналов различной формы сигналов, регуляторы истабилизаторы напряжения и т.д.Рис.1.1. Структурная схема ОУ с ООСОперационный усилитель это основной элемент электронных устройств.Обозначения ОУ в схемах показаны на рис.1.2 .Рис.1.2. Обозначения ОУ7Операционный усилитель имеет два входа: инвертирующий (обозначается «« или кружком) и неинвертирующий (обозначается «+») и один выход.1.1. Параметры ОУПараметрами ОУ можно варьировать с помощью обратных связей,построив на их основе усилители с заданными значениями коэффициентаусиления, входного и выходного сопротивлений.

Отрицательная обратнаясвязь (ООС) обеспечивает устойчивость проектируемых устройств. ООСподается с выхода ОУ на инвертирующий вход рис.1.1. Для снижения дрейфануля, устойчивости параметров и увеличения линейного участкапередаточной характеристики ОУ, применяют «глубокую» отрицательнуюобратную связь. С помощью подбора глубины обратной связи можнореализовать аналоговые устройства с параметрами в широком диапазонезначений. Например: воспроизведение частотных характеристик с заданнымисвойствами, независимость параметров устройства от нагрузки, совмещениеусилительных свойств с фильтрующими в пределах полосы пропусканияАЧХ.

ОУ дает возможность использовать резисторы и конденсаторынебольших номиналов на низких частотах.Основной параметр любого усилителя - коэффициент усиления.Коэффициент усиления ОУ уменьшается пропорционально глубине обратнойсвязи:К ос К,1  К(1)8Кос – коэффициент усиления с учётом отрицательной обратной связи;β – коэффициент передачи обратной связи;К - коэффициент усиления ОУ.Анализируя формулу (1)получается два случая:если β К 1 , то Кос  К ,если β К 1 , то К ос 1- это «глубокая» ООС.При «глубокой» отрицательной обратной связи коэффициент усиленияне зависит от коэффициента усиления операционного усилителя, а зависиттолько от соотношения параметров звена обратной связи К ос 1.Основные параметры ОУ: коэффициент усиления К входное сопротивление Rвх выходное сопротивление Rвых частота единичного усиления fед - частота, при которойкоэффициент усиления ОУ равен единице (К=1).Идеальный операционный усилитель имеет параметры: неопределенно большой дифференциальный коэффициент усиления(К→∞); входное сопротивление (Rвх →∞); выходное сопротивление (Rвых→0);9полностью симметричен; имеет неограниченную полосу пропускания.Реальные ОУ имеют следующие параметры: коэффициент усиления К от 103 до 106, частота единичного усиления fед=0,5 ÷ 10 МГц. входное сопротивление Rвх =0.4-1 МОм; выходное сопротивление Rвых=0.2-1 кОм.1.2 Характеристики усилителейВажной характеристикой усилителей и активных фильтров, являетсяамплитудно-частотная характеристика (АЧХ), представляющая собойзависимость коэффициента усиления от частоты K  F ( f ) .Так как звено обратной связи, образовано включенными R и C элементами,то между входным и выходным напряжениями возникнет сдвиг фаз.

Этузависимость отражает фазо-частотная характеристика (ФЧХ)   F  f  .Логарифмические амплитудно- и фазо-частотные характеристики(ЛАЧХ) и (ЛФЧХ) являются удобным средством анализа устойчивостилинейных систем и служат для расчета корректирующих цепей.Амплитудно-частотные характеристики строятся в логарифмическоммасштабе. По оси ординат откладывают коэффициент усиления, выраженныйв децибелах, по оси абсцисс откладывают частоту или отношение частот10сигналов, в логарифмическом масштабе. Логарифмический масштаб удобендля графического представления частотных характеристик.децибела (дБ) – - специальная единица, определяемая отношениемамплитуд двух сигналов, и определяется по формуле: K(дБ) = 20lgKИнтервал частот, отличающихся в 10 раз, называется декадой (дек).Наклон ЛАЧХ в диапазоне декады определяется по формуле:20lg10 = 20 дБ , если результат положительное число, то наклон +20 дБ/дeк,отрицательное -20 дБ/дeк.Зная частоту единичного усиления fед и коэффициент усиления реальногоОУ, можно определить частоту среза по амплитудно-частотнойхарактеристике или ЛАЧХ рис.1.3.Рис.1.3.

ЛАЧХ ОУНа верхних частотах ОУ, начиная с частоты среза fс (точка изломаЛАЧХ ОУ), коэффициент усиления снижается из-за инерционности ОУ, и11скорость спада ЛАЧХ составляет -20 дБ/дек до частоты единичногоусиления, рис.1.3.1.3 Основные схемы включения операционных усилителейНеинвертирующий усилитель, схема которого представлена на рис.1.4., иинвертирующий усилитель, схема которого представлена на рис.1.5.,являются основными базовыми схемами ОУ с «глубокой» ООС . На основеэтих схем строятся различные устройства аналоговой техники.Рис.1.4. Неинвертирующий усилительВывод формулы определения коэффициента усиления неинвертирующегоусилителя:K uoc Ku1; при KU   K uoc 1  β  KuR1R2; K uoc  1 R1  R 2R112Инвертирующий усилитель, усилитель особенностью которого является то,что входной сигнал подаётся на инвертирующий вход.Рис.1.5.

Инвертирующий усилительКоэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется поформуле: Kuoc = - R2/R1. Знак минус в формуле указывает на то, что входное ивыходное напряжения находятся в противофазе.Далее рассматриваются схемы, выполняющие математическиеоперации над аналоговыми сигналами.Сумматор, — устройство, преобразующее аналоговые сигналы в сигнал,эквивалентный сумме этих сигналов. Схема инвертирующего трёхвходовогосумматора представлена на рис. 1.6.13Рис.1.6.Инвертирующий трёхвходовой сумматорС помощью таких сумматоров можно складывать положительные иотрицательные напряжения постоянного значения, напряжения переменноготока и постоянного и переменного значений напряжения.Напряжение на выходе усилительной схемы равно напряжениям на входныхэлементах с весовыми коэффициентами, равными коэффициенту усилениядля рассматриваемого входа: U вых  U 1 RОСRR U 2  ОС  U 3  ОСR1R2R3Использование реактивных элементов (R и C) в цепях отрицательнойобратной связи позволяет реализовать аналоговые операциидифференцирования и интегрирования.Дифференциатор - усилитель дифференцирующий входной сигнал,представлен на рис.1.7.14Рис.1.7.ДифференциаторФормула определения выходного напряжения дифференциатора:U вых   RCdU 1, т.е.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги