Лабораторная работа № 7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

В состав лабораторного стенда входят:

• базовый лабораторный стенд.

• лабораторный модуль Lab6A для исследования схем на основе опе­рационного усилителя.

Подготовьте шаблон отчета в редакторе MS Word. Установите лабораторный модуль Lab6A на макетную плату лабора­торной станции NI ELVIS. Внешний вид модуля показан на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Внешний вид модуля Lab6А для исследования схем на основе операционного усилителя

Загрузите и запустите программу Lab-6A.vi.

После ознакомления с целью работы нажмите кнопку «Начать ра­боту». На экране появится изображение передней панели ВП, используе­мого для выполнения задания 1 (рис. 6.10).

Задание 1. Получение передаточной характеристики инвертирующего усилителя

Для исследования характеристик инвертирующего усилителя ис­пользуется схема, изображенная на рис.6.11.

Примечание: Во всех схемах на основе операционного усилителя использованы стабилизаторы напряжения DAI L78L09 (выходное напряжение +9В) и DA3 L79L09 (выходное напряжение -9В) для снижения напряжения питания ОУ с ±15В до ±9В. Это необходи­мо для согласования диапазона изменения выходного сигнала ОУ с пределами измерения (±10В) канала АЦП на DAQ-плате.

Рис. 6.10. Лицевая панель ВП при выполнении задания 1

Рис. 6.11. Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик инвертирующего усилителя

4.1.1. С помощью элементов управления ВП установите диапазон изменения входного сигнала (рекомендуемые значения U_ex,_min=-1,2 В, U_ex._max=1,2 В) и пределы изменения выходного сигнала (рекомендуемые значения и_вых.min=-10 В, U_eыx._max=10 В). Нажмите кнопку «Измерение». На графическом индикаторе ВП появится изображение передаточной характе-

81

ристики инвертирующего усилителя.

Скопируйте полученный график на страницу отчета.

4.1.2. Определите по передаточной характеристике положительное и_огр+ и отрицательное и_огр. напряжения ограничения сигнала на выходе схемы, используя для этого горизонтальную визирную линию, перемещае­мую с помощью ползункового регулятора ВП. Результат запишите в отчет.

4.1.3. Определите коэффициент усиления инвертирующего усилите­ля. Для этого на передаточной характеристике с помощью упомянутых ви­зирных линий определите координаты двух произвольных точек на на­клонном участке характеристики и произведите вычисления по формуле: Кус= (U_вых2-U_вых1)/(U_ex2-U_ex1). Результат запишите в отчет.

4.1.4. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­нию 2», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­нения задания 2 (рис.6.12).

Рис. 6.12. Лицевая панель ВП при выполнении задания 2

Задание 2. Исследование работы инвертирующего усилителя.

4.2.1. С помощью элементов управления ВП установите следующий режим измерения: форма сигнала - синусоидальная, частота сигнала - 200 Гц. Амплитуда входного сигнала выбирается такой величины, при которой выходной сигнал, наблюдаемый на графическом индикаторе ВП, не имеет искажений и удобен для наблюдения и измерений. Скопируйте полученное изображение выходного сигнала в буфер обмена и затем вставьте на стра­ницу отчета.

4.2.2. Используя изображение входного и выходного сигналов на графических индикаторах ВП, определите с помощью горизонтальной ви-

82

зирной линии ВП амплитуды входного U_BX._m и выходного и_ВАХ.m сигналов С помощью полученных данных вычислите коэффициент усиления инвер тирующего усилителя по формуле: К= U_BЫХ.m /Uex.m

Примечание: Для определения амплитуды сигнала необходи­мо измерить его максимальное и_тах и минимальное u_min мгно­венные значения и произвести вычисление по формуле:

Uт (U _таx-U min)/2.

Используя изображения на графических индикаторах ВП, сравнит» фазы сигналов на входе и выходе инвертирующего усилителя. Сделайте вывод о характере изменения фазы сигнала инвертирующим усилителем и запишите его в отчет.

4.2.3. Рассчитайте коэффициент усиления инвертирующего усилите
ля. Для расчетов воспользуйтесь соотношением К= Roc/ R1- Результата
запишите в отчет.

Сравните значения коэффициентов усиления, полученные по переда точной характеристике (п.4.1.3), на основе результатов измерений (п.4.2.2 и расчетным путем (п.4.2.3). Сделайте вывод и запишите его в отчет.

4.2.4. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада-
нию 3», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­
нения задания 3 (рис.6.13).

Рис. 6.13. Лицевая панель ВП при выполнении задания 3

Задание 3. Получение передаточной характеристики неинвертирующего усилителя

Для исследования характеристик неинвертирующего усилителя ис­пользуется схема, изображенная на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик неинвертирующего усилителя

4.3.1. С помощью элементов управления ВП установите диапазон
изменения входного сигнала (рекомендуемые значения составляют при­
мерно U_ex.min=-1,2B, U_ex.max=l,2B) и пределы изменения выходного сигнала
(рекомендуемые значения составляют примерно U_вых.min=-10 В, Uвых.max=10
В). Нажмите на панели ВП кнопку «Измерение». На графическом индика­
торе ВП появится изображение передаточной характеристики неинверти­
рующего усилителя.

Скопируйте полученную характеристику на страницу отчета.

4.3.2. Определите по передаточной характеристике положительное
U _огр+ и отрицательное U _огр. напряжения ограничения сигнала на выходе
схемы, используя для этого горизонтальную визирную линию, перемещае­
мую с помощью ползункового регулятора ВП. Результат запишите в отчет.

Определите коэффициент усиления схемы по методике, описанной в п.4.1.3. Полученный результат запишите в отчет.

4.3.3. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­
нию 4», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­
нения задания 4 (рис.6.15).

Задание 4. Исследование работы неинвертирующего усилителя

4.4.1. С помощью элементов управления ВП установите следующий режим измерения: форма сигнала - синусоидальная, частота сигнала - 200 Гц. Амплитуда входного сигнала выбирается такой величины, при которой выходной сигнал, наблюдаемый на графическом индикаторе ВП, не имеет

84

искажений и удобен для наблюдения и измерений. Скопируйте полученное изображение выходного сигнала в буфер обмена и затем вставьте на стра­ницу отчета.

Используя изображения на графических индикаторах ВП, сравните фазы сигналов на входе и выходе неинвертирующего усилителя. Сделайте вывод о характере изменения фазы сигнала неинвертирующим усилителем и запишите его в отчет.

4.4.2. Рассчитайте коэффициент усиления неинвертирующего усили­теля. Для расчетов воспользуйтесь соотношением К= R_0C / R1- Результат запишите в отчет.

4.4.3. По осциллограмме с помощью горизонтальной визирной ли­нии ВП определите амплитуды входного U_Bx.m и выходного U выхт сигна­лов. Вычислите коэффициент усиления неинвертирующего усилителя по формуле: К= U_BbIX.m./ U_BXm. Результат запишите в отчет.

Рис. 6.15. Лицевая панель ВП при выполнении задания 4

Сравните значения коэффициентов усиления, полученные по переда­точной характеристике (п.4.3.2), на основе результатов измерений (п.4.4.3) и параметров элементов схемы (п.4.4.2). Сделайте вывод и запишите его в отчет.

4.4.4. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­нию 5», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­нения задания 5 (рис.6.16).

Рис. 6.16. Лицевая панель ВП при выполнении задания 5

Задание 5. Исследование работы интегратора напряжения

Для исследования работы интегратора напряжения соберите элек­трическую схему, изображенную на рис. 6.17.

Рис. 6.17. Принципиальная электрическая схема дпя исследования. работы интегратора напряжения

4.5.1. С помощью элементов управления ВП установите следующий
режим измерения: форма сигнала - прямоугольная, частота сигнала - 200
Гц. Амплитуда сигнала на входе интегратора выбирается такой величины,
чтобы сигнал на выходе не имел видимых искажений и был удобен для на­
блюдения и измерений.

На графическом индикаторе ВП появится выходной сигнал (резуль­тат интегрирования), имеющий форму, близкую к треугольной. Скопируй­те полученное изображение выходного сигнала в буфер обмена и затем вставьте на страницу отчета.

4.5.2. Используя изображение выходного сигнала, полученное на
графическом индикаторе ВП, определите и запишите в отчет скорость его
изменения. Для этого с помощью горизонтальной визирной линии измерь­
те максимальное (и_тах)и минимальное (u_min) мгновенные значения сигнала
и вычислить отношение размаха сигнала {u_max-u_min) к полупериоду его из­
менения Т/2:

Рассчитайте и запишите в отчет скорость изменения выходного сиг­нала по значениям параметров компонентов схемы, используя формулу идеального интегратора:

Сравните значения скорости изменения сигнала на выходе интегра­тора со скоростью, полученной на основе результатов измерений и расчет­ным путем. Сделайте вывод о степени идеальности интегратора.

4.5.3. Получите и вставьте в отчет осциллограммы выходного сигна­ла интегратора для синусоидальной, треугольной и пилообразной форм входного напряжения. Объясните полученные результаты. При синусои­дальной форме входного сигнала оцените разность фаз между входным и выходным сигналами интегратора. Объясните полученный результат.

4.5.4. Нажмите на передней панели ВП кнопку «Перейти к зада­нию 6», на экране появится лицевая панель ВП, необходимая для выпол­нения задания 6 (рис.6.18).

Задание 6. Исследование работы дифференциатора напряжения

Для исследования работы дифференциатора напряжения соберите элек­трическую схему, изображенную на рис. 6.19.

4.6.1. С помощью элементов управления ВП установите следующий режим измерения: форма сигнала - треугольная, частота сигнала - 200 Гц. Амплитуда сигнала на входе интегратора выбирается такой величины, чтобы сигнал на выходе не имел видимых искажений и был удобен для на­блюдения и измерений.

Рис. 6.18. Лицевая панель ВП при выполнении задания 6

Рис. 6.19. Принципиальная электрическая схема для исследования работы дифференциатора напряжения

На графическом индикаторе ВП появится выходной сигнал (резуль­тат дифференцирования), имеющий форму, близкую к прямоугольной.

Скопируйте полученное изображение выходного сигнала на страни­цу отчета.

88

4.6.4. По заданным параметрам схемы и найденному в п.4.6.3 значе­нию скорости изменения входного сигнала рассчитать амплитуду выход­ного напряжения по формуле идеального дифференциатора:

4.6.2. Используя изображение выходного сигнала, полученное на графическом индикаторе ВП, определите с помощью горизонтальной ви­зирной линии ВП его амплитуду U_Bblx._m в области установившегося значе­ния. Результат запишите в отчет.

4.6.3. Определите и запишите в отчет скорость изменения входного сигнала треугольной формы, используя для расчетов отношение удвоенной амплитуды входного сигнала (2U_m) к полупериоду изменения (Т/2) выход­ного напряжения:

4.6.5. Сравните результаты измерений (п.4.6.2) и расчетов (п.4.6.4). Сделайте вывод о степени идеальности дифференциатора напряжения.

4.6.6. Получите и вставьте в отчет изображения сигнала на выходе дифференциатора напряжения для синусоидальной, прямоугольной и пило­образной форм входного напряжения. Объясните полученные результаты.

4.6.7. При синусоидальной форме входного сигнала оцените раз­ность фаз между входным и выходным сигналами дифференциатора. Объ­ясните полученные результаты.

4.6.8. Выключите ВП, для чего нажмите на панели ВП кнопку «За­вершение работы».

• Что такое операционный усилитель?

• Перечислите основные характеристики операционного усилителя и методы их измерения.

• Приведите схемы масштабных преобразователей на основе ОУ и вы- ражения для расчета коэффициента передачи.

• Какова разность фаз между входным и выходным сигналами инвер­тирующего усилителя на ОУ? Почему?

• Какова разность фаз между входным и выходным сигналами неин-вертирующего усилителя на ОУ? Почему?

• Чем определяется постоянная составляющая выходного напряжения усилителя на ОУ?

• Приведите схему сумматора аналоговых сигналов.

• Приведите схему интегратора напряжения и временные диаграммы сигналов на входе и выходе.

• Как рассчитать скорость изменения сигнала на выходе интегратора?

89

Приведите схему дифференциатора напряжения и расчетные соот­ношения для выходного сигнала.

Как зависит напряжение на выходе дифференциатора от скорости изменения входного напряжения?

В каком случае для описания работы электрических схем на основе ОУ можно использовать соотношения, описывающие работу идеаль­ного ОУ?

Насколько точно определены в работе параметры схем на основе операционного усилителя? От чего может зависеть качество полу­ченных результатов?

Дата добавления: 2015-05-06