«Исследование работы интегратора напряжения»

по дисциплине “Аналоговые измерительные устройства”

Выполнил студент группы АСП 07-1

Гайнов С.И.

Проверил преподаватель

Яковлев А.А.

Арзамас 2011

29

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 интегрирования 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).

Условное обозначение операционного усилителя представлено на рисунке 1.

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 интегратора собранного на базе операционного усилителя представлена на рисунке 2.

В данном случае заряд на конденсаторе Q и ток через него i_ос равны:

; (1)

. (2)

С учетом этих соотношений будем иметь для идеального ОУ:

; (3)

отсюда

. (4)

30

С_ос

E_(п+)

E_(п-)

U_(вых)

U_(вх)

i_вх

R₁

i_ос

Рисунок 2

Проинтегрировав, получим:

, (5)

где T-время интегрирования.

Если входное напряжение постоянно, то получим уравнение представляющее собой уравнение прямой:

. (6)

Описание лабораторной установки

В составе лабораторной установки использованы:

1. Базовый лабораторный стенд.

2. Универсальный ОУ.

3. Стабилизаторы напряжения.

4. Набор резисторов.

5. Набор конденсаторов.

6. Соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Получить задание.

2. Собрать схему по заданию.

3. Провести измерения входного сигнала.

4. Вычислить теоретически необходимые величины.

5. Данные измерений и результаты вычислений занести в таблицу, а полученный график в отчет.

6. Сравнить результаты расчета и эксперимента.

7. Сделать выводы.

31

Ход выполнения работы

1. Собрали электрическую схему интегратора напряжения (рис.3).

R₃ 2 МОм

С_ос15 нФ

R₂ 0÷10 кОм

R₁ 10 кОм

R₅ 2 МОм

R₄ 10 кОм

R₆ 2 МОм

R₇ 10 кОм

9 V

9 V

ОУ1

ОУ2

Рисунок 3

2.Установили режим измерения:

а) форма входного сигнала – прямоугольная;

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 рисунке 4.

U_вх

U_вых

U, В

t, c

T

Рисунок 4

32

4. Используя изображение выходного сигнала на экране осциллографа, определим для разных значений U_вх следующие параметры:

U_{вых max} ; U_{вых min} ; ∆U_вых= U_max - U_min , (7)

Экспериментальная скорость изменения выходного сигнала

₍₈₎

Теоретическая скорость изменения выходного сигнала

. (9)

Относительная погрешность

(10)

5. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу 1.

Таблица 1

№ изм	Uвх, В	Uвых min, В	Uвых max, В	ΔUвых, В	T, мс	VЭ, В/с	VТ, В/с	δ, %
1	0,42	-3,33	3,56	6,89	5	2756	2800	1,57
2	0,34	-2,63	2,95	5,58	5	2232	2267	1,53
3	0,26	-2,05	2,29	4,34	5	1736	1733	0,15
4	0,18	-1,38	1,63	3,01	5	1204	1200	0,33
5	0,09	-0,62	0,85	1,47	5	588	600	2,00

ВЫВОД.

В результате проведенного эксперимента видим, что интегратор дает минимальные погрешности при средних напряжениях. При напряжении, близком к максимуму (напряжение питания операционного усилителя) погрешность резко возрастает.

33