Изучение схемотехники и экспериментальное исследование линейных вычислительных устройств на операционных усилителях, страница 2

 Комплексный коэффициент передачи дифференцирующего устройства

поэтому наряду с дифференцированием полезного сигнала Ux схема усиливает входные и внутренние шумы ОУ, носящие высокочастотный характер. Для устранения этого недостатка на практике применяется модификация схемы, показанная на рис.10

  

Подпись: Рис.10.Модификация схемы
дифференцирующего устройства
Подпись: Рис.9.Схема дифференцирующего
               устройства

В этой схеме R1 повышает входное сопротивление дифференцирующего устройства на высоких частотах, а Сос выполняют роль интегрирущего конденсатора для сглаживания шумовой составляющей. Схема обеспечивает дифференцирование сигнала для частот    

                     Описание лабораторного макета

Упрощенная схема лабораторного макета для исследования характеристик линейных ВУ показана на рис.11.Напряжения U1,U2,U3 ,снимаемые со стабилитронов используются в качестве фиксированных входных переменных. Напряжение ,снимаемое с потенциометра может менятся в пределах –Vss -+Vss и используется в качестве регулируемой входной переменной.

При проведении лабораторной работы используются следующие приборы:

1.  Осциллограф

2.  Генератор синусоидальных ипрямоугольных импульсов

3.  Мультиметр


 


Рис.11. Схема лабораторного макета.

 


Порядок выполнения работы

I, Исследование инвертирующего масштабирующего усилителя.

I.I. Собрать схему усилителя (рис.2) с К = -2 и, подавая на вход напряжение Ux от -10 В до +10 В через I В, снять амплитудную характеристику Uy=f(Ux).Результаты измерения занести в таблицу. Здесь и в дальнейшем использовать резисторы 100кОм в том числе и переменный резистор, установив его сопротивление 100кОм с помощью мультиметра.

При измерении напряжений учитывать их знаки.

1.2. Повторить эксперименты по п.I.I для К= -1 и К= -0,5.

1.3. Построить полученные характеристики в одной системе координат и убедиться в том, что масштабирующий усилитель действительно производит умножение входной переменной на постоянную величину К.

2. Исследование инвертирующего сумматора.

2.1. Собрать схему двухвходового сумматора (рис.3) сRoc=100кОм. Подав на входы две постоянные величины Uх1 и Uх2, измерить Uy. Расчетным путем убедиться в правильности полученных результатов.

2.2. Повторить эксперимент по п.2.1 при Roc=200кОм .

3. Исследование устройства вычитания.

3.1. Собрать схему устройства (рис.4) и, подав на входы входные величины одного знака, измерить Uy . Убедиться в правильности полученных результатов.

3.2. Повторить эксперимент по п,3.1 при подаче входных величин разного знака.

4. Исследование неинвертирующего масштабного усилителя.

4.1. Собрать схему усилителя (рис.5) и провести эксперименты аналогично п.п.I.I - 1.3 при К= 2 и I.

5. Исследование неинвертирующего сумматора.

5.1. Собрать схему двухвходового сумматора (рис.7) и провести эксперименты аналогично п.п. 2.1 и 2.2.

6. Исследование интегратора.

6.1. Собрать схему интегратора (рис.8) и, подав от генератора импульсы прямоугольной формы с f@1кГц, снять осциллограммы Ux и Uу с помощью двухлучевого осциллографа. Убедиться в том, что схема действительно осуществляет интегрирование входного сигнала.

6.2. Остваив неизменным сигнал с генератора,повторить эксперимент при R=10кОм .

6.3. Предварительно рассчитав частоту квазирезонанса, снять АЧХ интегратора для выбранного Вами значения R . При проведении эксперимента величину Ег следует выбирать таким образом, чтобы ОУ работал в линейном режиме во всем исследуемом диапазоне частот. Результаты измерений занести в таблицу.

6.4. По АЧХ интегратора определить частоту квазирезонанса и постоянную времени интегрирования и сравнить подученные значения с расчетными.

7. Исследование дифференцирующего устройства. Составьте программу эксперимента, позволяющего установить дифференцирующие свойства устройства, приведенного на рис.9. Попытайтесь экспериментально определить постоянную времени дифференцирования.

Содержание отчета

В отчете по лабораторной работе необходимо привести:

- схемы исследованных ВУ;

- результаты измерений и расчетов;

- графики (Uy=f(Ux)) по п. п. 1.3 и 4.1,

- амплитудно-частотные характеристики и осциллограммы сигналов.

полученные при исследовании интегратора и дифференцирующего устройства.

Контрольные вопросы

1. Почему аналоговые ВУ строятся преимущественно на активных

электрических цепях ?

2. Какие требования предъявляются к ОУ, применяемым в ВУ?

3. Какие требования предъявляются к пассивным элементам, приме-

няемым в ВУ ?

4. Чем определяются погрешности масштабирующих усилителей и

сумматоров ?

5. Для чего в схеме ВУ производят выравнивание входных токов

ОУ ? Какие элементы в схемах инвертирующих и неинвертирующих ВУ

выполняют функция выравнивания тока ?

6. Поясните принцип действия интегратора.

7. Основные источники погрешности при интегрировании.

8. Кавлияют Кдиф и Ucmo на погрешность интегрирования ?

9. Какими факторами определяется максимально возможное время

интегрирования ?

10. Поясните принцип действия дифференцирующего устройства.

11.Что понимается под явлением обостренияшумов в дифференцирующем устройстве ? Каким образом это явление можно устранить ?

Список литературы

1. Диалоговые и гибридные вычислительные мавины /Под ред. А.Н.Лебедева и В.Б.ймолова. - П.: Высшая школа. 1984. -320 с..

2. Схемотехника ЭВМ / Под ред. Г.Н.Соловьева. -М.; Высшая

школа. 1985, -391 с.

3. Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А.. Стародуб Г.И. Применение

прецизионных аналоговых микросхем-М.:Радио и связь, I985 -206 с.