Применение операционных усилителей
Министерство образования и науки РФ
Дальневосточный Государственный Технический Университет
(ДВПИ им. Куйбышева)
Институт Радиоэлектроники Информатики и Электротехники
ЭЛЕКТРОНИКА
"ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ"
Владивосток 2010 г.
Цель работы: Ознакомиться с применением ОУ для сложения
двух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений, дифференцирования
и интегрирования входных сигналов.
Для исследования был использован ОУ LM741.
1. Суммирование постоянных напряжений моделировалось на
схеме рис.1.
А. При UВХ1 = 5В и UВХ2 = 3В измерены: I1
=1мА; I2 =0,6мА; I3
=1,6мА; I4 =1,6мА; UВЫХ
=-8В.
В. По значениям номиналов схемы рассчитаны:
I1 = U1/ R1
= 1мА; I2 = U2/ R2 =0,6мА;
Iос = UВЫХ/ R3 =1,6мА; Iос = I1+ I2
= 1,6мА;
U*ВЫХ = - (UВХ1∙ R3/ R1 + UВХ2∙ R3/ R2)
= - 8В.
Измеренное значение UВЫХ соответствует
расчетному значению U*ВЫХ.
2. Суммирование постоянного и переменного напряжений моделировалось
на схеме рис.2., осциллограммы напряжений приведены на
рис.6.3
А. При UВХ≈ = 1В; UВЫХ≈ = 1В (фаза сдвинута на 1800);
UВЫХ= = - 1В; расчетные значения этих величин:
U*ВЫХ≈ =
1В; U*ВЫХ= =-1В.
В. При UВХ≈ = 1В и R2=2,5 кОм измеренное значение UВЫХ≈
= 1В (фаза сдвинута на 1800), а постоянная составляющая UВЫХ= = 2В (рис.4).
Расчетные значения этих величин:
U*ВЫХ≈ =
UВХ1∙ R3/
R1 = 1В; U*ВЫХ=
= - UВХ2∙ R3/
R2 = - 2В;
3. Суммирование переменных напряжений исследовалось по
схеме рис.5.
При UВХ≈ = 1В; UВЫХ≈ = 4В (фаза сдвинута на 1800);
UВЫХ= = - 4В;
расчетные значения этих величин:
U*ВЫХ≈ =
UВХ∙ R3/
R1 + R3/ R1 = 4В, что соответствует результатам измерений.
4. Переходной процесс в интеграторе исследовался по схеме
рис.7 На вход схемы подавались импульсы прямоугольной формы частотой 1 кГц.
Скорость изменения выходного напряжения (по осциллограмме рис.8)
VU ВЫХ = 10В/мс.
5. Влияние амплитуды входного сигнала на переходный процесс
в интеграторе показан на рис.9.
VU ВЫХ
= 20В/мс, что в два раза больше, чем в предыдущем эксперименте, то есть скорость
изменения выходного напряжения интегратора пропорциональна амплитуде входного сигнала.
6. Влияние параметров схемы на переходный процесс в схеме интегратора
А. При R1 = 5 кОм скорость
изменения выходного сигнала увеличивается:
VU ВЫХ
= 20В/мс, что в 2 раза больше, чем в эксперименте по п.4 и равно значению в предыдущем
эксперименте.
В. При С1 = 0,02 мФ скорость изменения выходного сигнала
(рис.11) уменьшается: VU ВЫХ = 5В/мс, что в 2 раза меньше, чем в эксперименте по
п.4.
Результаты измерений по п.4 - п.6 сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Результаты экспериментов со схемой интегратора
№ пункта эксперимента
|
UВХ (В)
|
R1 (кОм)
|
C1 (мкФ)
|
VU ВЫХ
(В/мс)
|
UВЫХ MAX
(В)
|
4
|
1
|
10
|
0,01
|
10
|
2,5
|
5
|
2
|
10
|
0,01
|
20
|
5
|
6 А
|
1
|
5
|
0,01
|
20
|
5
|
1
|
10
|
0,02
|
5
|
1,25
|
7. Переходный процесс в схеме дифференциатора на ОУ
исследовался по схеме рис.12, полученные осциллограммы представлены на рис.13.
А. Скорость изменения входного напряжения (по осциллограмме рис.13) VU ВХ = 4В/мс.
В. UВЫХ = - R2∙C1∙
∆ UВХ / ∆t = - R2∙C1∙VU ВХ = - 1В, что соответствует экспериментальным данным,
показанным на рис.13.
8. Для исследования влияния частоты входного напряжения,
ее значение увеличено вдвое - 2 кГц (рис.14), следовательно, и скорость изменения
входного напряжения (при той же амплитуде сигнала) увеличилась вдвое.
А. VU ВХ = 8В/мс.
Амплитуда выходного сигнала, также увеличилась вдвое (рис.14)
в сравнении с предыдущим экспериментом (рис.13).
В. UВЫХ = - R2∙C1∙
∆ UВХ / ∆t = - R2∙C1∙VU ВХ = - 2В,
что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.6.14.
9. Влияние сопротивления обратной связи (R2) на выходное напряжение дифференциатора, которое
в эксперименте увеличено до 10кОм.
А. Скорость изменения входного напряжения (рис.15) аналогична эксперименту по п.7
(рис.13) - VU ВХ
= 4В/мс
В. UВЫХ = - 2В, что соответствует
экспериментальным данным, показанным на рис.14 и в 2 раза больше, чем в эксперименте
по п.7 (рис.13).
10. Влияние емкости конденсатора схемы (С1)
на выходное напряжение дифференциатора, которое в эксперименте увеличено до 100нФ.
А. Скорость изменения входного напряжения (рис.16) аналогична
эксперименту по п.7 (рис.13) и п.9 (рис.15) - VU ВХ = 4В/мс.
В. UВЫХ = - R2∙C1∙ ∆ UВХ
/ ∆t = - R2∙C1∙VU ВХ = - 2В,
что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.14
и рис.15 и вдвое больше, чем в эксперименте по п.7 (рис.13).
Таблица 2
Результаты экспериментов со схемой дифференциатора
№ пункта эксперимента
|
FВХ (кГц)
|
C1 (нФ)
|
R2 (кОм)
|
VU ВХ
(В/мс)
|
UВЫХ (В)
|
7
|
1
|
50
|
5
|
4
|
-1
|
8
|
2
|
50
|
5
|
8
|
-2
|
9
|
1
|
50
|
10
|
4
|
-2
|
10
|
1
|
100
|
5
|
4
|
-2
|
Выводы
В результате проделанной работы с использованием средств моделирования
программного комплекса "Electronics Workbench" ознакомлены с применением
ОУ для сложения двух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений,
дифференцирования и интегрирования входных сигналов. Экспериментальные данные, полученные
в работе, подтверждены аналитическими расчетами.