Применение операционных усилителей

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
= - (UВХ
1
∙ R3
/ R1
+ UВХ
2
∙ 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 (мк Ф)	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 "ElectronicsWorkbench" 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.