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).

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)

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

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

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)

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.

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