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

  

В этой схеме R₁ повышает входное сопротивление дифференцирующего устройства на высоких частотах, а С_ос 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,U_2,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.