Исследование операционных усилителей в режиме суммирования, интегрирования, сравнения аналоговых сигналов

Санкт-Петербургский Государственный горный институт

имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Лабораторная работа №14

по физическим основам электроники

Операционные схемы

выполнил студент факультета ГЭМФ, группы ЭР-01-1

Соболев С.А.

проверила доцент кафедры АПП

Стороженко С.В.

Санкт-Петербург

2003 год

          Цель работы: Исследование операционных усилителей в режиме суммирования, интегрирования, сравнения аналоговых сигналов.

Краткие теоретические сведения: Операционный усилитель – это высококачественный усилитель постоянного тока, работающий в режиме глубокой отрицательной обратной связи и предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми сигналами. В операционном усилителе сосредоточены основные достоинства усилительных схем.

          Идеальный операционный усилитель имеет коэффициент усиление по напряжению К_U®¥, большое входное сопротивление R_ВХ®¥, малое выходное сопротивление R_ВЫХ®0, усиливает широкий спектр частот вплоть до постоянной составляющей. Дрейф нуля операционного усилителя очень мал.

          Несмотря на то, что операциооный усилитель концентрирует в себе лучшие свойства усилителей, непосредственно в качестве усилителя операциооный усилиитель без отрицательной обратной связи не используют, что обусловлено двумя причинами: линейный участок передаточной характеристики ограничен малыми входными напряжениями, коэффициент усиления по напряжению К_U нестабилен.

          Наибольшее практическое применение имеют операционные усилители с отрицательной обратной связью и главным образом инвертирующие операционные усилители с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.

          На базе таких операционных усилителей создаются схемы, предназначенные для выполнения различных математических операций над входными сигналами. Такие схемы находят широкое применение в устройствах автоматического управления, они составляют основу аналоговых ЭВМ. Эти схемы и будут изучаться в данной лабораторной работе.

Принципиальная схема лабораторной установки:

Рис.1 Принципиальная схема сумматора

Рис.2 Схема реализации сумматора

Рис.3 Схема реализации интегратора

Рис.4 Схема реализации компаратора

          Таблицы измерений:

Измерено	Uвх1, В	1	1	1	1	1	1
	Uвх2, В	0	1	2	4	6	8
	Uвых эксп, В	1,1	2,1	3	5,05	7,01	8,2
Вычислено	Uвх сумм, В	1	2	3	5	7	9
	Uвых расч, В	1,95	2,95	3,95	5,95	7,95	9,95
	Uвых эксп- Uвых расч, В	-0,85	-0,85	-0,95	-0,90	-0,94	-1,75

Uвх, В	0	1	2	3	4	5	6
Uвых, В	9,5	9,5	9,5	9,5	-8,75	-8,75	-8,75

Установлено	Измерено		Вычислено
RОС	UВХ СРАБ	UВХ ОТП	DU
кОм	В	В	В
1000	4,2	3,75	0,45
510	4,2	3,4	0,8
240	4,6	3	1,6
120	4,85	2	2,85

Характеристики:

Рис.5 Передаточная характеристика операционной схемы

Рис.6 Зависимость ширины

            Выводы: Передаточная характеристика компаратора наглядно иллюстрирует принцип работы операционных схем: режим включения и режим отпускания, причём ширина зоны переключения увеличивается с уменьшением сопротивления обратной связи. Изучение сумматора показало, что суммирование производится с некоторой, незначительной погрешностью.