Последний уровень раздела предыдущего изложения   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Следующий уровень изложения текущего раздела   Уровень:


Лабораторная работа N2



ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

На основе операционных усилителей (ОУ) создаются схемы, предназначенные для выполнения математических операций над входными сигналами (сложение, вычитание, интегрирование, выделение модуля функции и т.п.). Такие схемы находят широкое применение в устройствах автоматического управления, они составляют основу аналоговых ЭВМ. Наиболее распространенными являются суммирующие и интегрирующие схемы на ОУ, а также ряд схем, в которых ОУ используются в нелинейном режиме (мультивибратор, одновибратор, ГЛИН и т.д.).

ВНИМАНИЕ!!! Макетирование и сборка схемы на ОУ.

  1. Собрать схему.
  2. Не включая питания, соедините зажимы +15В и -15В на плате с выводами +Uип и -Uип интегральной схемы. Старайтесь делать соединения проводами покрепче.
  3. Подключите источник питания к сети.
  4. При помощи осциллографа постоянного тока или вольтметра постоянного тока проверьте, не перепутаны ли выводы питания интегральной микросхемы.
  5. Подайте на вход схемы сигнал и измерьте его.
  6. Измерьте выходное напряжение, чтобы удостоверится, что выход не находится в состоянии насыщения, а скорость нарастания не ограничена.
  7. Если выходной сигнал - переменного тока, сигнал с выхода схемы следует подать на осциллограф и посмотреть, нет ли перегрузки или искажений.
  8. Все измерения проводить относительно земли.
  9. Отключайте источник входного сигнала до того, как выключено питание. В противном случае ОУ может выйти из строя.
  10. Никогда при использовании интегральных микросхем:
  11. Если на входе схемы наблюдаются нежелательные колебания (генерация) и схемные соединения уже проведены, то

Порядок выполнения работы.

Линейные и нелинейные преобразователи сигналов.

1. Исследование активного двухполупериодного выпрямителя.

  1. Собрать схему:
    2. Рис. 2.32


  2. От ЗГ на вход исследуемой схемы подать гармонический сигнал с F=100 Гц и амплитудой В и мВ
  3. На выход выпрямителя подключите осциллограф.
  4. Зарисовать осциллограф и померить амплитуды напряжений и характерных точках - на входе ОУ1, на выходе ОУ1, на диодах, на входе ОУ2 на выходе ОУ2, на выходе схемы.

Все измерения проводить с помощью осциллографа.

2. Исследование фазовращателя.

  1. Собрать схему:
    2. Рис. 2.33


  2. Параллельно резистору 10 кОм, подключенному к неинвертирующему входу, подключить резистор 510 кОм.
  3. На вход фазовращателя от ЗГ подать синусоидальное напряжение Uвх с частотой F=1000 Гц и амплитудой 1 В.
  4. Коэффициент передачи по модулю установить равным 1 с помощью потенциометра 10 кОм.
  5. На вход и выход схемы подключить двухлучевой осциллограф.
  6. Зарисовать форму входного и выходного сигналов и замерить их амплитуды.
  7. Замерить разность фаз между входным и выходным сигналами.

    8. Фазовый угол сдвига фаз между входным и выходным сигналами зависит от частоты F входного сигнала Uвх

  8. Снять ФЧХ, то есть зависимость разности фаз между входным и выходным сигналами в зависимости от частоты F входного сигнала: tсдв= F(f) | Uвх = const

    9. Частоту входного сигнала менять от 16 Гц до 100 кГц в следующей последовательности: 16 Гц, 32 Гц, 64 Гц, 128 Гц, 256 Гц, 512 Гц, I кГц, 2 кГц, 4 кГц, 8 кГц, 16 кГц, 32 кГц, 64 кГц, 128 кГц.

  9. Снять АЧХ, то есть зависимость K= F(f), где .
  10. Построить графики снятых зависимостей.

3. Исследование компаратора.

  1. Собрать схему компаратора:
    2. Рис. 2.34


    (На схеме рис. 2.34 поставить перемычки Е1 и Е2)
  2. Через делитель 1:100 на вход схемы подать постоянное напряжение от -10 В до 10 В и снять передаточную характеристику (Uвх=100 мВ). Обратить внимание при переходе характеристики через ноль.
  3. Передаточная характеристика Uвых= F(Uвх), измерения производить осциллографом, подключив его к выходу схемы.
  4. На вход исследуемой схемы подать от ЗГ синусоидальный сигнал f=100 Гц. На выход схемы подключить осциллограф.
  5. Измеряя амплитуду выходного сигнала наблюдать работу компаратора и замерить амплитуды сигналов на входе и выходе.
  6. Собрать схему триггера Шмитта.
  7. На выход схемы подключить осциллограф.
  8. Снять передаточную характеристику при подаче Постоянного напряжения. Переключения происходят мгновенно.
  9. Зарисовать осциллограммы.
  10. Подать сигнал от ЗГ.
  11. Зарисовать осциллограммы напряжений.

Аналоговые вычислительные схемы.

1. Схема сложения вычитания.
  1. Собрать схему
    2. Рис. 2.35


  2. Неинвертирующий ход подключить на землю.
  3. К выходу схемы, желательно через резистор R=2...5 кОм подключить осциллограф. Все измерения производить с помощью осциллографа.
  4. От ЗГ на вход U1 подать синусоидальное напряжение с f = 1000 Гц и амплитудой порядка В.
  5. Сигнал на входе должен иметь синусоидальную форму, без нелинейных искажений. В случае появления нелинейных искажений уменьшить амплитуду входного сигнала.
  6. Изменением резистора 22 кОм обеспечить коэффициент передачи схемы равным единицы.
  7. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжения и замерить амплитуду этих сигналов.
  8. На вход U2 подать сигнал со средней точки ЗГ, зарисовать осциллограммы и замерить амплитуды входного и выходного сигналов.
  9. На входы U1 и U2 одновременно подать сигналы от ЗГ, наблюдать форму сигналов и замерить амплитуды сигналов на входе и выходе.
  10. Собрать схему для исследования неинвертирующего сумматора, для чего на инвертирующий вход подать ОС
  11. На схеме рис.2.35 инвертирующий вход ОУ подключить на землю через резистор с номиналом 3 кОм.
  12. Напряжение от ЗГ подавать на неинвертирующий вход U4, наблюдать форму сигнала и замерить амплитуды сигналов на входе и на выходе схемы, при этом входы U5 и U6 заземлить.
  13. Подать на вход U5 напряжение со средней точки ЗГ, замерить амплитуды сигналов на входе и выходе схемы, при этом входы U4 и U6 заземлены.
  14. Одновременно подать сигналы на вход U4 и U5, замерить амплитуду сигнала на выходе.
  15. Подать сигнал от ЗГ на инвертирующий вход U1 и со средней точки ЗГ на неинвертирующий вход U4 замерить амплитуды сигналов. Входы U5 и U6 заземлены.

2. Исследование интегрирующей и дифференцирующей цепей.

  1. Собрать схему:
    2. Рис. 2.36


  2. Неинвертирующий вход ОУ заземлить.
  3. От ЗГ подать на инвертирующий вход сигнал синусоидальной формы, амплитудой Uвх ~ 10B.
  4. На вход и выход схемы подключить двухлучевой осциллограф и зарисовать форму сигнала на входе и выходе.
  5. Обратить внимание на фазу сигнала. Замерить амплитуды сигналов.
  6. Собрать схему дифференцирующей цепи:
    7. Рис. 2.37


  7. Сигнал, сформированный на интегрирующей цепи подать на вход дифференцирующей цепи.
  8. В случае появления нелинейных искажений на выходе дифференцирующей цепи, уменьшить амплитуду сигнала на входе интегрирующей цепи.
  9. Снять АЧХ и ФЧХ интегрирующей и дифференцирующей цепочки. меняя частоту входного сигнала от 16 Гц до 64 кГц. Выходные напряжения снимались с интегрирующей цепи, подключив двухлучевой осциллограф.
  10. От генератора прямоугольных импульсов подать сигнал на инвертирующий вход интегратора.
  11. Исследовать влияние конденсатора с постоянной времени цепи интегратора ( =RC) на скорость изменения выходного сигнала интегратора и дифференциатора, для чего измерить амплитуду и длительность линейно - изменяющегося участка интегратора.
  12. Зарисовать согласованные временные диаграммы входных и выходных сигналов на входе и выходе интегрирующей и дифференцирующей цепей.
Рис. 2.38


3. Исследование логарифмического усилителя.

  1. Собрать схему:
    2. Рис. 2.39


  2. Произвести балансировку первого ОУ.
  3. Подать на вход схемы сигнал треугольной формы.
  4. Зарисовать осциллограммы напряжений в характерных точках: на входе ОУ1, на входе ОУ2 и на выходе ОУ2.
  5. Снять амплитудную зависимость усилителя Uвых= F(f).

Приложение:

Для запуска схемы интегратора и дифференциатора на основе суммирующей схемы собрать генератор прямоугольных импульсов.

Рис. 2.40