Контрольные вопросы
1. Что такое ОУ?
2. Какие основные характеристики ОУ?
3. Какие схемы имеют основные приборы, выполненные на основе ОУ?
4. Как определить коэффициенты усиления (передачи) основных преобразо- вателей?
5. Чем определяется постоянная составляющая выходного сигнала ОУ?
6. Как определить скорость изменения сигнала на выходе интегратора?
7.
Какова зависимость
на выходе дифференциатора от скорости
изме-нения
?
8. От чего зависит точность определения параметров схем на основе ОУ?
9. В каких случаях при определении параметров схем на базе ОУ можно ис-пользовать соотношения идеального ОУ?
10. Какова разность фаз между и напряжениями у инвертирую-щего и неинвертирующего усилителей на базе ОУ?
21
Библиографический список
1. Прянишников В.А. Электроника. / В. А. Прянишников - С-Пб.: Корона, - 2003. – 256 с.
2. Пасвенков В.В. Полупроводниковые приборы. / Пасвенков В.В, Н.К.Чиркин. - С-Пб.: Лань, 2003. – 320 с.
3. Бутыркин П.А., Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В. lab VIEW: Практикум по электронике и микропроцессорной технике. ДМК. - М: 2005.-182 c.
4. Бутыркин П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: Компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе lab VIEW 7. ДМК. / П.А. Бутыркин, Т.А. Васьковская, Т.В. Материкин. - М: 2005. – 280 с.
5. Долгов А.Н., Яковлев А.А. Преобразования сигналов с помощью устройств на базе операционных усилителей. Методические указания к лабораторным работам. – Н.Новгород, 2006 . – 22 с.
22
Приложение
Примеры оформления отчета о лабораторной работе
Министерство образования и науки России
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский Государственный Технический Университет им Р.Е. Алексеева
Арзамасский Политехнический Институт (филиал)
ОТЧЕТ
о выполнении лабораторной работы №1
«Исследование работы дифференциатора напряжения»
по дисциплине “Аналоговые измерительные устройства”
Выполнила студентка группы АСП 07-1
Хрисанова М.
Проверил преподаватель
Яковлев А.А.
Арзамас 2011
23
Цель работы:
1. Ознакомление с характеристиками операционного усилителя (ОУ).
2. Ознакомление с принципами построения схем преобразования аналоговых сигналов ОУ.
3. Исследование усилителей на базе ОУ.
4. Исследование схемы дифференцирования аналоговых сигналов.
Краткие сведения из теории
Операционный усилитель – полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления напряжения и выполнения различных операций по преобразованию аналоговых сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и др.
Типовой операционный усилитель представляет собой дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления (до 2000000).
У
E(п+)
E(п-)
U(вых)
U(-)
U(+)
Рисунок 1
Для управления работой усилителя применяют обратную связь. При отрицательной обратной связи (ООС), когда сигнал с выхода усилителя приходит на вход в противофазе (то есть подается на инвертирующий вход), происходит уменьшение коэффициента передачи ОУ до (10÷1000). При положительной обратной связи (ПОС) ОУ может перейти в режим генерирования колебаний, т.е. становится автогенератором.
Схема дифференциатора собранного на базе операционного усилителя представлена на рисунке 2.
24
E(п-)
E(п-)
Uвых
Uвх
i1
Rос
iос
С1
Рисунок 2
Если на вход системы подано напряжение Uвх, то оно практически полностью приложено к конденсатору, так как схема ОУ устроена так, что потенциалы прямого и инвертирующего входов совпадают.
В результате через конденсатор протекает ток, равный:
. (1)
Так как входное сопротивление ОУ велико и входной ток можно считать равным нулю, то весь ток конденсатора будет протекать через резистор Rос:
.
(2)
Выходной сигнал будет равен:
. (3)
Выражение (3) показывает, что выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.
Описание лабораторной установки
В составе лабораторной установки использованы:
Базовый лабораторный стенд.
Универсальный ОУ.
Стабилизаторы напряжения.
Набор резисторов.
Набор конденсаторов.
Соединительные провода.
Порядок выполнения работы
Получить задание.
Собрать схему по заданию.
Провести измерения входного сигнала.
Вычислить теоретически необходимые величины.
25
Данные измерений и результаты вычислений занести в таблицу, а полученный график в отчет.
Сравнить результаты расчета и эксперимента.
Сделать выводы.
Ход выполнения работы
1. Собрали электрическую схему дифференциатора напряжения (рис. 3).
RОС
2 МОм
С115
нФ
R2
0÷1 Ом
R1
10 кОм
R4
2 МОм
R3
10 кОм
R6
2 МОм
R7
10 кОм
9
V
9
V
ОУ1
ОУ2
R5
1 кОм
Рисунок 3
2.Установили режим измерения:
а) форма входного сигнала – треугольная;
б) частота сигнала, f=200 Гц;
в) амплитуду сигнала на выходе выбираем так, чтобы величина сигнала на выходе не имела искажений и была удобна для наблюдений и измерений.
Провели измерения для пяти амплитудных значений входного сигнала и полученные результаты занесли в таблицу 1
3. Изображение выходного сигнала для одного из измерений приведено на рис. 4.
26
Uвх
Uвых
U,
В
t,
c
T
Uвх
m
Рисунок 4
4. Определим скорость изменения экспериментального входного сигнала для различных Um:
. (4)
По заданным параметрам схемы (рис.3), величине теоретической скорости изменения входного сигнала определим амплитуду выходного сигнала:
, (5)
где
. (6)
Относительная погрешность:
(7)
5. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу 1.
Таблица 1
№ изм |
Uвх m, В |
Uвых min, В |
Uвых max, В |
T, мс |
VЭ, В/с |
U Твых, В |
δ, % |
1 |
0,098 |
-2,31 |
2,31 |
5 |
78,4 |
2,35 |
2,21 |
2 |
0,198 |
-4,67 |
4,64 |
5 |
158,4 |
4,75 |
2,35 |
3 |
0,296 |
-7,10 |
6,79 |
5 |
236,8 |
7,10 |
4,42 |
4 |
0,394 |
-7,94 |
8,15 |
5 |
315,2 |
9,46 |
13,28 |
5 |
0,495 |
-7,96 |
8,21 |
5 |
396,0 |
11,88 |
30,89 |
27
ВЫВОД.
В результате проведенного эксперимента видим, что дифференциатор дает минимальные погрешности при минимальных напряжениях. При дальнейшем увеличении напряжения, погрешность резко возрастает.
28
Министерство образования и науки России
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский Государственный Технический Университет им Р.Е. Алексеева
Арзамасский Политехнический Институт (филиал)
ОТЧЕТ
о выполнении лабораторной работы №1