Князькова Т.О., Авдеева Т.В. Исследование аналоговых устройств на базе операционных усилителей в среде Multisim (2014) (1264236), страница 2
Текст из файла (страница 2)
выходное напряжение является дифференциаломdtвходного напряжения с весовым коэффициентом RC. Знак минус показывает,что входной и выходной сигналы находятся в противофазе.Интегратор, когда к инвертирующему входу подключен резистор, а в цепьобратной отрицательной связи установлен конденсатор, схема соперационным усилителем выполняет функцию интегратора рис.1.8.Рис.1.8.
Интегратор15Выходное напряжение является интегралом от входного напряжения иопределяется по формуле: U вых U C 11 U1I 1dt 1 dt U 1dtCC RRC Знак минус показывает, что входной и выходной сигналы находятся впротивофазе.Избирательный усилитель –это усилитель имеющий максимальныйкоэффициент усиления на квазирезонансной частоте.
По сути избирательныйусилитель это ОУ с интегро-дифференцирующей ООС и совмещает дваважных свойства: усиления и фильтрацию, поэтому его называют активныйфильтр. Схема избирательного усилителя представлена на рис.1.9.Квазирезонансная частота определяется по формуле:f012 R1 R2 C1 C 2Коэффициент усиления определяется: K max R2 C 2R1 (C1 C 2)Если принять С1=С2, тогда K max R22 R1Рис.1.9.Избирательный усилитель162. Рекомендации по работе в среде Multisim2.1.
Сборка схемы в среде Multisim.На рис.2.1 показано рабочее окно в среде Multisim, на которомстрелкой показана панель интрументов. Инструментами являются различныеприборы, такие как: осциллограф, ваттметр, мультиметр, Боде-плоттер и др.Рис.2.1. Рабочее окно в среде Multisim и панель инструментовДля сборки электронных схем в программе Multisim необходимо нарабочем поле разместить элементы схемы. Для этого на верхней панелиэлементов нажать кнопку Place Basic рис.
2.2. Появится окно Select aComponent, где из списка Family надо выбрать, например, Resistor рис. 2.2.Под строкой Component появятся номинальные значения сопротивленийрезистора, выбрать нужное нажатием левой кнопки мыши или ввести в графуComponent необходимое значение с клавиатуры. Изображение резистора в17Multisim может отличаться от принятого ГОСТом. После выбора значениясопротивления, нажать кнопку OK и, поместить элемент на поле схемынажатием левой кнопки мыши. Далее продолжить размещение другихнеобходимых элементов.
Чтобы закрыть окно Select a Component нажатиемкнопки Close.Рис.2.2. Выбор резистораАналогично расположить в поле конденсатор. В списке Family выбираетсяконденсатор Capacitor рис.2.3.18Рис.2.3. Выбор конденсатораРазмещённые на поле элементы необходимо соединить проводами. Для этогонаводится курсор на клемму-вывод одного из элементов, нажать левуюкнопку мыши. Появится провод, обозначенный пунктиром, подвести проводк клемме второго элемента и снова нажать левой кнопкой мыши и соединитьэлементы рис.2.4. Проводу можно придавать промежуточные изгибы,обозначая их кликом мыши и двигая по стрелке.Рис.2.4.
Соединение элементов19Следующий этап работа с операционным усилителем. Выбрать на верхнейпанели элементов Analog рис. 2.5. В списке Family выбрать элементAnalog_Virtual. В списке Component - элемент OPAMP_3T_VIRTUAL рис.2.6Разместить ОУ на рабочем поле.Рис.2.5. ОУ на панели MultisimРис.2.6. Выбор ОУ20Соединить все размещённые элементы по схеме. Схему необходимозаземлить. Для этого на панели инструментов выбирается Place Source. Всписке Family открывшегося окна выбирают тип элемента Power Source, всписке Component - элемент земля GND.Для подключения частотного анализатора выбирается на инструментальнойпанели Bode Plotter (рис.2.1), и размешается на рабочем поле нажатием левойкнопки мыши.Запуск собранной схемы осуществляется нажатием правой кнопкой мыши наSimulation switch (рис.2.7).Рис.2.7.
Simulation switch для включения схемы2.2 Настройка параметров приборовПеред запуском схемы проводится настройка параметров генератора, ОУ ипассивных элементов.Настройка генератора: левой кнопкой мыши щелкнуть на генератор.Появляется окно, в котором установить частоту (Frequency) равной 1к Гц (1kHz), амплитуду (Amplitude) – 1 мВ.21Для настройки параметров ОУ выполняются аналогичные операции.Открывается окно, изображённое на рис.2.8. Установить необходимыезначения параметров ОУ с клавиатуры:Unity-Gain Bandwidth (FU) – частота единичного усиления fед ,Open Loop Gain – коэффициент усиления ОУ.Рис.2.8. Настройка ОУ2.3 Снятие ЛАЧХ и ЛФЧХ с помощью Боде-плоттераСнятие ЛАЧХ и ЛФЧХ усилителя осуществляется с помощью Боде-плоттерапосле подсоединения его к исследуемой схеме.
Для этого два раза кликнутьлевой кнопкой мыши на частотный анализатор, появится экран Бодеплоттера, представленный на рис.2.9. Для анализа ЛАЧХ выбрать в опции22Mode режим Magnitude. Настроить шкалу для удобного просмотра графика.Ввести параметры горизонтальной и вертикальной шкал, как указано нарис.2.9 (внимание! шкалу выбрать логарифмическую).На экране Боде-плоттера в левом верхнем углу есть стрелка-указатель,которую можно перемещаться вдоль горизонтальной оси с помощью мыши,и отмечать необходимые значения частоты (f ) и коэффициента усиления (K)рис.3.2 (пример на рис.
2.9: f = 282,195 Гц, а K = 34,16 dB).Рис.2.9. ЛАЧХ активного фильтра на экране Боде-плоттера233. Экспериментальная часть3.1 Используемые элементы, приборы:На рабочее поле в среде Multisim1. операционный усилительU1OPAMP_3T_VIRTUAL2. резисторы3. конденсатор4. осциллографРис.3.1. Обозначение и экран осциллографа245. Боде-плоттерРис.3.2. Обозначение и экран Боде-плоттера6. Вольтметр – измеряющий постоянное напряжение (DC)U2+0.000VDC 10MOhm7. Генератор переменных сигналовРис.3.3. Обозначение и экран генератора253.2.Порядок выполнения лабораторной работы3.2.1. Исследование инвертирующего усилителя1. Собрать схему рис.3.4, используя операционный усилитель из окнаАNA тип OPAMP 3T VIRTUAL.2. Установить параметры операционного усилителя FU=10 МГц, икоэффициент усиления согласно варианту, указанному в приложении 1.Рис.3.4.
Инвертирующий усилитель3. Установить параметры элементов звена обратной связи: R1=100 Ом,R2- согласно варианту указанному в приложении 1.264. Установить параметры генератора : прямоугольную форму сигнала,частоту 1кГц, заполнение 50%, амплитуду сигнала 1 мВ, смещение 0.5. Открыть экран осциллографа и установить развертку осциллографа: 0,5мс/дел, канал А 5 мВ/дел, канал В 50 мВ/дел.6. Установить параметры Боде-плоттера : диапазон частот 1мГц- 10 МГц,коэффициент передачи пределы по вертикали «log»: +60 дБ, -20 дБ.7. Включить схему.8. Снять параметры ЛАЧХ инвертирующего усилителя с помощью Боде –плоттера: определить максимальный коэффициент усиления, по уровню 3дБ, определить нижнюю и верхнюю частоты,(эти параметры можно определить, перемещая указательБоде- плоттера)рассчитать полосу пропускания.9.
Снять показание вольтметра.10. Результаты измерений и вид ЛАЧХ усилителя занести в таблицу 3.1.11. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений.27Таблица 3.1НазваниеусилителяКмаксдБfвГцfнГцΔfГцUвыхВВид ЛАЧХИнвертирующийИнтеграторДифференциаторИзбирательный283.2.2 Исследование сумматора1. Собрать схему сумматора рис. 3.5. Установить параметры ОУ.Рис.3.5. Сумматор2. Установить R1=R2= 100 Ом, R3 согласно варианту в приложении 1.Определить коэффициент передачи усилителя при Е2=10 мВ, Е1= 0 и Е2=0мВ, Е1=20 мВ, измеряя выходное напряжение с помощью вольтметра.3. Записать результаты в таблицу 3.2 в колонку «Кус эксперимент».4.
Написать формулу для выходного напряжения, при произвольномзначении Е1.5. Рассчитать теоретический Кус и записать в таблицу 3.2. Сравнитьэкспериментальный и теоретический Кус.6. Задаться Е1 согласно варианту, Е2=10 мВ и снять показаниявольтметра.7. Рассчитать Uвых по полученной формуле и сравнить с показаниемвольтметра.29Сделать вывод. Определить какой сумматор исследовали.Таблица 4.2Е2,мВЕ1, мВ100020Uвых, мВКусКусэксперименттеоретический103.2.3 Исследование интегратора1. Собрать схему интегратора рис. 3.6 .Рис.3.6 Интегратор302. Установить параметры генератора: выбрать прямоугольную формусигнала, частоту 5кГц, заполнение 50%, амплитуду сигнала 1 мВ,смещение 0.3. Установить емкость конденсатора С1=10 пФ, сопротивление резистораR2=10 МОм, сопротивление резистора R1 согласно варианту вприложении 1.4.
Включить схему.5. Снять параметры ЛАЧХ инвертирующего усилителя с помощью Боде –плоттера: определить максимальный коэффициент усиления, по уровню 3дБ, определить нижнюю и верхнюю частоты,(эти параметры можно определить, перемещая указательБоде - плоттера)рассчитать полосу пропускания.6. Снять показание вольтметра.7. Результаты измерений и вид ЛАЧХ усилителя занести в таблицу 3.1.8.
Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений.9. Определить выходное напряжение по показанию вольтметра.313.2.4 Исследование дифференцирующего усилителя1. Собрать схему дифференциатора рис. 3.7.Рис.3.7 Дифференциатор2. Установить параметры генератора: прямоугольную форму сигнала,частоту 1кГц, заполнение 50%, амплитуду сигнала 1 мВ, смещение 0.3. Установить емкость конденсатора С1=100 мкФ, сопротивлениерезистора R1=20 Ом, R2 согласно варианту в приложении 1.4. Включить схему.5. Снять параметры ЛАЧХ инвертирующего усилителя с помощью Боде –плоттера: определить максимальный коэффициент усиления,32 по уровню 3дБ, определить нижнюю и верхнюю частоты,(эти параметры можно определить, перемещая указательБоде- плоттера)рассчитать полосу пропускания.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
