Линейные вычислительные устройства на операционных усилителях

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Хабаровский Государственный Технический Университет

Кафедра “Вычислительная техника”

Лабораторная работа

по АГВМ

“Линейные вычислительные

устройства на ОУ”

                                                     Выполнил: студент группы ВМ-81

   Бартошук К.В.

                    Проверил:  доцент Зелев Л.В.

Хабаровск

2002

1. Цель работы

Изучить схемотехнику и экспериментально исследовать линейные вычислительные устройства на ОУ.

2. Общие понятия

Линейные вычислительные устройства – ВУ, коэффициент передачи которых по каждому из входов не зависит от величин входного и выходного напряжений.

Различают следующие типы линейных ВУ:

·  Масштабный усилитель

·  Инвертор

·  Сумматор на n входов

·  Интегратор

·  Интегратор-сумматор

·  Дифференциатор

Рассмотрим данные типы ВУ:

1) Инвертирующий масштабный усилитель

Строится по схеме (рис.1) и имеет коэффициент передачи:

Рис.1 Инвертирующий масштабный усилитель

Инвертирующие усилители используются для умножения переменной U_Х на постоянную величину  с инвертированием знака.

2) Инвертирующий сумматор

Строится по схеме (рис.2) и осуществляет суммирование 2 входных переменных.

На выходе имеем: , где .

Данные схемы наряду с преобразованием входной величины U_X, осуществляют и ее инвертирование по знаку.

Рис.2 Инвертирующий сумматор для 2 переменных

3) Устройство вычитания

Данное устройство, показанное на схеме (рис.3), реализует операцию вычитания входных переменных: , с коэффициентом передачи, равным 1, при равенстве всех сопротивлений в схеме.

Рис.3 Устройство вычитания

4) Неинвертирующий масштабный усилитель

Строится по схеме (рис.4) и имеет коэффициент передачи: . Неинвертирующий усилитель имеет более высокое входное сопротивление по сравнению с инвертирующим.

Рис.4 Неинвентирующий масштабный усилитель

При R_OC=0 получим схему повторителя напряжения.

5) Неинвертирующий сумматор

Показан на схеме (рис.5). Выходное напряжение сумматора равно: . Он имеет высокое входное сопротивление.

Рис.5 Неинвертирующий сумматор для 2 переменных

6) Интегратор

На выходе интегратора, построенного по схеме (рис.6), имеем: , где  (постоянная времени интегрирования). Комплексный коэффициент передачи интегратора: , где  - частота квазирезонанса.

АЧХ интегратора, работающего в линейном режиме ОУ, имеет вид обратно пропорциональной зависимости от частоты.

Рис.6 Интегратор

7) Дифференцирующее устройство

Дифференцирующее устройство, выполненное по схеме (рис.7), реализует функцию: , где  - постоянная времени дифференцирования.

Комплексный коэффициент передачи дифференцирующего устройства: , поэтому наряду с дифференцированием полезного сигнала U_Х, схема усиливает входные и внутренние шумы ОУ. Для устранения этого недостатка, параллельно емкости включают сопротивление.

Рис.7 Дифференцирующее устройство

3. Оборудование

·  Лабораторный макет (на К140УД8)

·  Осциллограф

·  Генератор синусоидальных колебаний

• Универсальный цифровой вольтметр

4. Выполнение работы

1) Исследовать масштабирующий инвертирующий усилитель

Рис.8 Амплитудная характеристика

2) Исследовать инвертирующий сумматор

При R_OC=R₆: U_yтеор=-3.2-2*(-4.4)= 5.6 B.

·  U_x1= 3.2 B.

·  U_x2= -4.4 B.

·  U_y= 5.8 B.

При R_OC=R₅: U_yтеор=-0.5*3.2-(-4.4)= 2.8 B.

·  U_x1= 3.2 B.

·  U_x2= -4.4 B.

·  U_y= 2.9 B.

3) Исследовать устройство вычитания

При U_x1=  3.2 B.

U_x2=  5.7 B.

Имеем: U_y=  2.5 B.

При U_x1=  3.2 B.

U_x2=  -4.4 B.

Имеем: U_y=  -7.6 B.

4) Исследование неинвертирующего масштабирующего усилителя

Рис.9 Амплитудная характеристика

5) Исследовать неинвертирующий сумматор

При R_OC=R₆: U_yтеор= 3*3.2+2*(-4.4)=

·  U_x1= 3.2 B.

·  U_x2= -4.4 B.

·  U_y= -5.6 B.

При R_OC=R₅: U_yтеор=

·  U_x1=

·  U_x2=

·  U_y=

6) Исследовать интегратор

Для R=R₁

Рис.10 Осциллограммы входного и выходного сигналов

Для R=R₂

Рис.11 Осциллограммы входного и выходного сигналов

Частота квазирезонанса:

Рис.12 АЧХ

7) Исследовать дифференцирующее устройство

6. Вывод