Операционные усилители и схемы на их основе. Инвертирующий и неинвертирующий усилитель. Дифференциальный (разностный ) усилитель

                                                        Лабораторная работа № 6.

Операционные усилители и схемы на их основе.

Цель: Изучить основные схемы включения операционных усилителей, научиться рассчитывать параметры схем..

6. 1. Инвертирующий усилитель (рис. 1).

Выведите формулу для коэффициента усиления инвертирующего усилителя

Откройте файл «OpAmp1» и включите схему. По амплитудам входного и выходного сигналов (рис.2) определите коэффициент усиления схемы.

Сравните измеренное и расчётное значения коэффициента усиления..

6. 2. Неинвертирующий усилитель (рис 3).

Выведите формулу для коэффициента усиления неинвертирующего усилителя

Откройте файл «OpAmp2» и включите схему. По амплитудам входного и выходного сигналов (рис. 4) определите коэффициент усиления схемы. Сравните расчетное и измеренное значения коэффициента усиления.

Измените схему на рис.3 так, чтобы коэффициент усиления был равен единице.

Сделайте выводы по результатам опытов 1 и 2 , сопоставив фазовые и амплитудные соотношения входного и выходного сигналов.

6.3. Дифференциальный (разностный ) усилитель (рис.5)

Откройте файл «OpAmp3» и включите симулятор.

Рис 5. Схема дифференциального усилителя.

Выходное напряжение такого усилителя можно определить по формуле

Сравните расчетное и измеренное значения.

Следует заметить, что при точном согласовании сопротивлений резисторов, эта схема обладает практически бесконечно большим коэффициентом подавления синфазного сигнала.

Чтобы выяснить, как изменится этот параметр схемы, задайте 5% разброс сопротивлений резисторов и измерьте коэффициент усиления синфазного сигнала. Сделайте выводы.

Какие измерения необходимы для расчета КОСС? Проделайте необходимые исследования и расчеты.

6.4. Суммирующий усилитель (рис.6).

Выведите формулу для определения выходного напряжения схемы.

Откройте файл «OpAmp4» и включите схему. Сравните вычисленное и измеренное значения напряжения на выходе. Повторите эксперимент:

·  при изменении полярности одного из входных сигналов,

·  при изменении номинала одного из входных резисторов R1 …R3, 

·  при замене одного из  входных источников  функциональным генератором с различной формой, частотой и амплитудой сигнала.

В последнем эксперименте подключите на выход осциллограф для наблюдения сигнала. Результаты зафиксируйте в отчете и  сделайте выводы.

6.5. Источник  стабильного тока( рис.7)

Источник стабильного тока может быть реализован не только на полевом или биполярном транзисторе, но и на операционном усилителе. Откройте файл «OpAmp5» и включите схему. Исследуйте границы работоспособности схемы при различных значениях U и R . Снимите зависимость тока от величины R.Докажите справедливость формулы .Определите максимальное сопротивление нагрузки для источника тока. Сделайте выводы.

6.6. Интегратор (рис. 8).

Сравните схему с рис.1. Выведите формулу для выходного напряжения интегратора.

Рис. 8. Схема интегратора

Откройте файл «OpAmp6» и включите схему. Наблюдайте выходной сигнал при подаче на вход последовательности прямоугольных импульсов. Зарисуйте сигналы и объясните наблюдаемые явления. Измените номинал одного из элементов схемы (R  или C) в 10 раз  и наблюдайте изменения сигнала на выходе.

Для нормальной работы интегратора требуется выполнение условия

Увеличьте частоту входного сигнала. Наблюдайте за формой и амплитудой выходного сигнала. Сделайте выводы.

6.7.Усилитель с переменным коэффициентом усиления . Откройте файл «OpAmp7» и включите схему. Наблюдайте выходной сигнал при подаче на вход сигналов различной формы и амплитуды, изменяя номинал резистора R3.Сделайте выводы о применении данной схемы.

ВОПРОСЫ к защите работы №6

1. Что такое инвертирующий и неинвертируюший входы усилителя? Из каких соображений выбираются  номиналы резисторов в схемах на ОУ?
2. Определите ошибку расчета коэффициента передачи инвертирующего усилителя для реального ОУ с К= 10⁴.
3. Подсчитайте входное и выходное сопротивления инвертирующего и неинвертирующего усилителей В обоих случаях возьмите для расчетов реальный операционный усилитель  с  К=10⁴ и R_вх = 1 МОм
4. Каковы ограничения на значения входных сигналов и масштабные коэффициенты в схеме сумматора?
5. Поясните основной принцип реализации и расчета схем обработки аналоговых сигналов на основе ОУ и принимаемые при этом  допущения.
6. Дайте определение схемы, называемой «источник стабильного тока», и сформулируйте основные принципы его реализации.
7. Что такое синфазный сигнал и каково его влияние на работу схем на ОУ? Что такое коэффициент ослабления синфазного сигнала?
8. Для чего применяются интеграторы в схемах обработки аналоговых сигналов?
9. Какая схема на ОУ называется повторителем сигнала и для чего ее используют?
10. Подсчитайте  максимальную величину сигнала на выходе интегратора при значениях элементов, заданных в лабораторной работе и поданном на вход прямоугольном импульсе амплитудой 5 В и длительностью 1 мс.