Министерство образования и науки РФ

Дальневосточный Государственный Технический Университет

(ДВПИ им. Куйбышева)

Институт Радиоэлектроники Информатики и Электротехники

ЭЛЕКТРОНИКА

"ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ"

Владивосток 2010 г.

Цель работы: Ознакомиться с применением ОУ для сложения двух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений, дифференцирования и интегрирования входных сигналов.

Для исследования был использован ОУ LM741.

1. Суммирование постоянных напряжений моделировалось на схеме рис.1.

А. При UВХ1 = 5В и UВХ2 = 3В измерены: I1 =1мА; I2 =0,6мА; I3 =1,6мА; I4 =1,6мА; UВЫХ =-8В.

В. По значениям номиналов схемы рассчитаны:

I1 = U1/ R1 = 1мА; I2 = U2/ R2 =0,6мА;

Iос = UВЫХ/ R3 =1,6мА; Iос = I1+ I2 = 1,6мА;

U*ВЫХ = - (UВХ1∙ R3/ R1 + UВХ2∙ R3/ R2) = - 8В.

Измеренное значение UВЫХ соответствует расчетному значению U*ВЫХ.

2. Суммирование постоянного и переменного напряжений моделировалось на схеме рис.2., осциллограммы напряжений приведены на

рис.6.3

А. При UВХ≈ = 1В; UВЫХ≈ = 1В (фаза сдвинута на 1800); UВЫХ= = - 1В; расчетные значения этих величин:

U*ВЫХ≈ = 1В; U*ВЫХ= =-1В.

В. При UВХ≈ = 1В и R2=2,5 кОм измеренное значение UВЫХ≈ = 1В (фаза сдвинута на 1800), а постоянная составляющая UВЫХ= = 2В (рис.4).

Расчетные значения этих величин:

U*ВЫХ≈ = UВХ1∙ R3/ R1 = 1В; U*ВЫХ= = - UВХ2∙ R3/ R2 = - 2В;

3. Суммирование переменных напряжений исследовалось по схеме рис.5.

При UВХ≈ = 1В; UВЫХ≈ = 4В (фаза сдвинута на 1800); UВЫХ= = - 4В;

расчетные значения этих величин:

U*ВЫХ≈ = UВХ∙ R3/ R1 + R3/ R1 = 4В, что соответствует результатам измерений.

4. Переходной процесс в интеграторе исследовался по схеме рис.7 На вход схемы подавались импульсы прямоугольной формы частотой 1 кГц.

Скорость изменения выходного напряжения (по осциллограмме рис.8) VU ВЫХ = 10В/мс.

5. Влияние амплитуды входного сигнала на переходный процесс в интеграторе показан на рис.9.

VU ВЫХ = 20В/мс, что в два раза больше, чем в предыдущем эксперименте, то есть скорость изменения выходного напряжения интегратора пропорциональна амплитуде входного сигнала.

6. Влияние параметров схемы на переходный процесс в схеме интегратора

А. При R1 = 5 кОм скорость изменения выходного сигнала увеличивается:

VU ВЫХ = 20В/мс, что в 2 раза больше, чем в эксперименте по п.4 и равно значению в предыдущем эксперименте.

В. При С1 = 0,02 мФ скорость изменения выходного сигнала (рис.11) уменьшается: VU ВЫХ = 5В/мс, что в 2 раза меньше, чем в эксперименте по п.4.

Результаты измерений по п.4 - п.6 сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты экспериментов со схемой интегратора

№ пункта эксперимента	UВХ (В)	R1 (кОм)	C1 (мкФ)	VU ВЫХ (В/мс)	UВЫХ MAX (В)
4	1	10	0,01	10	2,5
5	2	10	0,01	20	5
6 А	1	5	0,01	20	5
6 В	1	10	0,02	5	1,25

7. Переходный процесс в схеме дифференциатора на ОУ исследовался по схеме рис.12, полученные осциллограммы представлены на рис.13.

А. Скорость изменения входного напряжения (по осциллограмме рис.13) VU ВХ = 4В/мс.

В. UВЫХ = - R2∙C1∙ ∆ UВХ / ∆t = - R2∙C1∙VU ВХ = - 1В, что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.13.

8. Для исследования влияния частоты входного напряжения, ее значение увеличено вдвое - 2 кГц (рис.14), следовательно, и скорость изменения входного напряжения (при той же амплитуде сигнала) увеличилась вдвое.

А. VU ВХ = 8В/мс.

Амплитуда выходного сигнала, также увеличилась вдвое (рис.14) в сравнении с предыдущим экспериментом (рис.13).

В. UВЫХ = - R2∙C1∙ ∆ UВХ / ∆t = - R2∙C1∙VU ВХ = - 2В,

что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.6.14.

9. Влияние сопротивления обратной связи (R2) на выходное напряжение дифференциатора, которое в эксперименте увеличено до 10кОм.

А. Скорость изменения входного напряжения (рис.15) аналогична эксперименту по п.7 (рис.13) - VU ВХ = 4В/мс

В. UВЫХ = - 2В, что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.14 и в 2 раза больше, чем в эксперименте по п.7 (рис.13).

10. Влияние емкости конденсатора схемы (С1) на выходное напряжение дифференциатора, которое в эксперименте увеличено до 100нФ.

А. Скорость изменения входного напряжения (рис.16) аналогична эксперименту по п.7 (рис.13) и п.9 (рис.15) - VU ВХ = 4В/мс.

В. UВЫХ = - R2∙C1∙ ∆ UВХ / ∆t = - R2∙C1∙VU ВХ = - 2В,

что соответствует экспериментальным данным, показанным на рис.14 и рис.15 и вдвое больше, чем в эксперименте по п.7 (рис.13).

Таблица 2

Результаты экспериментов со схемой дифференциатора

№ пункта эксперимента	FВХ (кГц)	C1 (нФ)	R2 (кОм)	VU ВХ (В/мс)	UВЫХ (В)
7	1	50	5	4	-1
8	2	50	5	8	-2
9	1	50	10	4	-2
10	1	100	5	4	-2

Выводы

В результате проделанной работы с использованием средств моделирования программного комплекса "Electronics Workbench" ознакомлены с применением ОУ для сложения двух постоянных, двух переменных, постоянного и переменного напряжений, дифференцирования и интегрирования входных сигналов. Экспериментальные данные, полученные в работе, подтверждены аналитическими расчетами.