Операционные усилители. Свойства операционного, логарифмических, интегрирующих усилителей. Принцип работы инвертирующего масштабирующего, инвертирующего, логарифмического усилителя и интегратора

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Автоматики

Лабораторная работа №2

Операционные усилители

Вариант 4

Выполнили студенты гр. АМ-709

Астафьев С.С., Кравченко И.И., Чугунов М.В.

Преподаватель: Мальцев В.А.

Новосибирск

2009

Цель работы:

Изучить свойства операционного, логарифмических, интегрирующих усилителей. Изучить принцип работы инвертирующего масштабирующего, инвертирующего, логарифмического усилителя и интегратора.

1.1  Операционный усилитель – идеальный. Значения сопротивлений R1, R2, R3,  тип ОУ  из таблицы (номер варианта 4).

Тип ОУ	R1, кОм	R2, кОм	R3, кОм
K140УД10	10	30	7.5

1.2   Таблица параметров ОУ:

1.4  Подаём на вход инвертирующего ОУ с функционального генератора синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ, f=1 кГц .

Разность фаз между входным и выходным напряжением – Δφ = 180°, т.к. ОУ - инвертирующий.

1.5  Определение расчетного и экспериментального коэффициентов усиления:

= -(30*10³)/(10*10³) = -3

= (-10,61*10^-6)/(3,535*10^-6) = -3

где   и   - показания вольтметров (вольтметры включены в режиме  измерения переменного сигнала (АС)).

1.6

Т.к схема линейная, U₊≈U_-; напряжение на клемме «+» равно 0, то и на клемме «-» должен быть 0. Поэтому это напряжение называют напряжением эквипотенциального нуля

1.7       Измерим постоянную составляющую выходного напряжения Uo вых эксп.

Uo вых эксп =15,5 мВ

Вычислим постоянную составляющую выходного напряжения U o вых.теор

Uо вых.теор = Uсм * Ky расч =0,005*(-3)=15 мВ

1.8       На вход схемы подаётся двухполярное пилообразное напряжение частотой 1Гц и амплитудой 5 В.

Снимем зависимость .  (Амплитуда Uвх должна изменяться от –Uвх макс до +Uвх макс)

Uвых	-11,9	-11,89	-5,79	6,28	12,09	12,1
Uвх	4,88	4,12	1,93	-2,09	-4,2	-5,01

Заметим, что:

При Uвх=4,2 начинается искажение формы выходного сигнала, т.к. выходное напряжение (при данном Uвх) достигает максимально допустимого значения.

Поскольку U- не зависит от Uвых, то искажения на клемме «-» не происходит.

Напряжением U- можно пренебречь, когда ОУ работает в лин. режиме, т.е. U-≈U+≈0.

1.9     Подаём на  вход схемы синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ

Uвх = 3,536 мВ

	1	100	1000	100000	200000	400000	600000	800000	1000000	1500000	2000000
Lgf	0	2	3	5	5,30103	5,60206	5,778151	5,90309	6	6,176091	6,30103
Uвых(мВ)	10,61	10,61	10,61	10,6	10,59	10,54	10,46	10,35	10,21	9,77	9,24
K=Uвых/Uвх	2,122	2,122	2,122	2,12	2,118	2,108	2,092	2,07	2,042	1,954	1,848

Построим график зависимости выходного напряжения от частоты

Вывод: Из данной зависимости видно что ОУ обладает рабочим диапазоном частот (1Гц÷400кГц), в области высоких частот (до 1Мгц) появляются дополнительные погрешности.

2.1  Не инвертирующий ОУ, значения R1, R2, тип ОУ ранее заданы.

2.2 Подаём на вход ОУ с функционального генератора синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ, f=1 кГц .

Разность фаз между входным и выходным напряжением – Δφ = 0°, т.к ОУ неивертирующий

Определите расчетный и экспериментальный коэффициенты усиления

=1+(30*10³)/(10*10³)=4    =(12,52*10^-6)/(3,129*10^-6)=4

2.3  Канал B осциллографа на клемме «минус» ОУ.

Поскольку схема линейная, то U+ = U-; напряжение на клемме «+» равно Uвх, то и на клемме «-» должно быть выходное напряжение.

2.4  Подаём на  вход схемы синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ.

Uвх = 3,535 mB

	1	100	1000	100000	200000	400000	600000	800000	1000000	1500000	2000000
Lgf	0	2	3	5	5,30103	5,60206	5,778151	5,90309	6	6,176091	6,30103
Uвых(мВ)	14,14	14,14	14,14	14,13	14,12	14,06	13,95	13,8	13,63	13,06	12,38
K=Uвых/Uвх	2,828	2,828	2,828	2,826	2,824	2,812	2,79	2,76	2,726	2,612	2,476

Построим график зависимость выходного напряжения от частоты

Вывод: Из данной зависимости видно что ОУ обладает рабочим диапазоном частот (1Гц÷400кГц), в области высоких частот (до 1Мгц) появляются дополнительные погрешности.

2.5 Подключим вход неинвертирующего усилителя к функциональному генератору. Подадим на вход схемы двухполярное пилообразное напряжение частотой 1Гц и амплитудой 3 В.

Снимем зависимость .  (Амплитуда Uвх должна изменяться от –Uвх макс до +Uвх макс)

Uвх	4,68	2,93	1,37	-1,54	-3,24	-4,7
Uвых	11,96	11,72	5,49	-6,15	-11,88	-12

При |Uвх| = 3 В начинается искажение сигнала, т.к. выходное напряжение при данном входном достигает максимально допустимого значения.

3. Логарифмический усилитель, R=10 кОм.

3.2  Подаём на вход схемы с функционального генератора    однополярный пилообразный сигнал:  частота 1 Гц; амлитуда = 2V.

3.4 Используя курсор 1 и левое информационное табло снимаем характеристику  Uвых=f(Uвх) и данные заносим в таблицу.

Uвх	5500	5000	3750	571,36	181,36	53,35	-105,34	-196,02
Uвых	-301,53	-299,11	-291,34	-240,63	-205,41	1710	6170	8720

-219,26	7,74	70,96	458,89	1560	3660	5400
10000	10000	-183,49	-235,15	-262,85	-290,79	-301,29

Построим график зависимость выходного напряжения от входного.

Вывод: Экспериментальный график отличается от графика логарифма ( Uвых=-ln(Uвх) ), т.к. реальная зависимость Uвых= -φ_т*ln(U_вх/I_oR + 1)

4  Интегратор.

4.1  Подаём на вход двуполярные прямоугольные импульсы  амплитудой