Главная
страница 1


Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования



фимский государственный нефтяной технический университет"

Филиал УГНТУ в г. Салавате

Кафедра "Электрооборудование и автоматика промышленных предприятий"

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой ЭАПП, профессор Зам. директора по учебной работе, доцент
________________М.Г. Баширов ___________________Г.И. Евдакимов

____________________________ _________________________________

Методические указания к лабораторной работе
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Дисциплина "Физические основы электроники"


СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ


инженер по охране труда доцент кафедры ЭАПП
_____________И.П. Кирова ______________Р.Г. Вильданов

Салават 2005

Методические указания предназначены для студентов специальности 140610.65 (181300) «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений» с целью углубленного изучения операционных усилителей. Методические указания содержат цель работы, описание лабораторной установки, принцип действия операционных усилителей, порядок выполнения работы и требования к отчету.

Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры ЭАПП


Протокол №____ от “_____”___________2005г.



  • Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате, 2005г.


Операционные усилители
Цель работы: изучение операционных усилителей (ОУ) исследование схем с ОУ.
1 Описание лабораторной установки
Лабораторная установка выполнена в виде стенда ЭС - 23, который содержит каркас с прикрепленной передней панелью. Передняя панель содержит измерительные приборы, органы управления, контрольные гнезда и фальшпанель с нанесенным на ней изображением части исследуемой схемы. На фальшпанели устанавливаются сменные панели изображением схем исследуемых устройств. В состав стенда входят источники регулируемого и нерегулируемого напряжения, устройства коммутациии индикации.
2 Краткие теоретические сведения
Наиболее распространенной интегральной микросхемой является операционный усилитель, в котором сосредоточены основные достоинства усилительных схем. ОУ имеет большой коэффициент усиления по напряжению, большое входное сопротивление , малое выходное сопротивление. ОУ является усилителем постоянного тока, т.е. усиливает широкий спектр частот вплоть до постоянной составляющей. При этом дрейф нуля очень мал. ОУ имеет дифференциальный вход
UВЫХ= КU(UВХ2- UВХ1).
Условное обозначение ОУ приведено на рисунке 1.Из всех интегральных усилителей ОУ обладают наибольшей универсальностью и наибольшими функциональными возможностями.

Структурно ОУ состоит из трех каскадов. Первый каскад ОУ выполняется по схеме симметричного дифференциального каскада, в которой максимально компенсируется дрейф нуля. В качестве второго каскада используется дифференциальный каскад с несимметричным выходом. Третий каскад выполняется по схеме эмиттерного повторителя, что обеспечивает малое выходное сопротивление. На рисунке 2 приведена передаточная характеристика ОУ.

При отсутствии входных сигналов напряжение на выходе ОУ равно нулю.
+

UВХ1



UВЫХ

UВХ2

_


Рисунок 1 – Условное обозначение операционного усилителя




UВЫХ

А

О UВХ2- UВХ1


Рисунок 2 – Передаточная характеристика операционного усилителя

Несмотря на лучшие усилительные свойства, ОУ непосредственно в качестве усилителя не применяется. Это связано с двумя причинами:



  • линейный участок ОА ограничен весьма малыми напряжениями по входу. При увеличении входного напряжения за эти границы выходное напряжение не изменяется;

  • коэффициент усиления ОУ сильно изменяется от экземпляра к экземпляру и сильно зависит от режима работы(температуры). Для улучшения параметров усилительных устройств применяют ОУ с ОС.

На рисунке 3 приведена схема неинвертирующего усилителя на базе ОУ.


UВХ UВЫХ

R1 R2



Рисунок 3 – Схема неинвертирующего усилителя

UВЫХ

UВХ

Рисунок 4 – Передаточная характеристика неинвертирующего усилителя
Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя:
КU= (R1+R2)/ R1

Сопротивления R1 и R2 не могут быть выбраны произвольно. Минимальное сопротивление резисторов ограничено нагрузочной способностью микросхемы. На практике сопротивления находятся в пределах 103 – 106 Ом.


R2

R1
UВХ UВЫХ

Рисунок 5 – Схема инвертирующего усилителя


Операционный усилитель при подаче сигнала на инвертирующий вход изменяет полярность сигнала на противоположную. При передаче синусоидального сигнала осуществляется сдвиг фазы усиливаемого сигнала на 1800.

UВЫХ

UВХ
Рисунок 6 – Передаточная характеристика инвертирующего усилителя
Коэффициент усиления инвертирующего усилителя:

КU = – R2/ R1.


Знак минус указывает, что полярности входного и выходного напряжений противоположны.
R R RОС

UВХ1

UВХ2

UВХ3 R UВЫХ

Рисунок 7 – Сумматор на операционном усилителе


Выходное напряжение суммирующего усилителя:
,
где n – число входов сумматора.
3 Рабочее задание
3.1 Исследовать компаратор. Выставить U1 = U2 для постоянных входных напряжений. При неизменном U1 изменять U2 в сторону уменьшения и увеличения, наблюдать и записать изменения UВЫХ.

3.2 Для неинвертирующего усилителя снять передаточную характеристику UВЫХ = f(U2) при различных коэффициентах усиления.

3.3 Для инвертирующего усилителя снять передаточную характеристику UВЫХ= f(U1).

3.4 Для суммирующего усилителя измерить UВЫХ при U1= + 2,3 В и U2 = 0; +2,3; 2,5 В при включенном R3, а затем при включенном R4.

3.5 Для мультивибратора в соответствии с вариантами (по указанию преподавателя) определить период Т и частоту f выходного напряжения при С = 0,25 мкФ, R2 = 47 кОм, R3 = 3 кОм.
Таблица 1 – Исходные данные


Вариант

1 2 3 4

R1, кОм

120 30 10 3



Зарисовать осциллограммы UВЫХ, измерить период и частоту, используя метки времени осциллографа.

4 Контрольные вопросы

1 Порядок выполнения работы.

2 Что такое ОУ?

3 Нарисовать схемы усилителей, компаратора, мультивибратора.

4 Выбрать элементы инвертирующего усилителя для К = 1 и К = 30; для неинвертирующего усилителя для К = 10 и К = 100.

5 Переворачивает ли ОУ фазу усиливаемого сигнала, почему?

6 Формула расчета частоты колебаний мультивибратора.

7 Принцип действия компаратора.



8 По какой схеме выполнены каскады ОУ?
5 Техника безопасности при выполнении лабораторной работы


  1. Перед сборкой схемы ознакомиться с приборами, которые будут использованы в данной работе.

  2. Знать основные технические данные применяемых приборов, напряжение питания, род тока, наличие выходных напряжений, используемых в данной работе.

  3. Сборку схемы производить при отключенных от сети приборах.

  4. Включение схемы под напряжение производить лишь после проверки ее преподавателем.

  5. При любых, даже частичных переключениях в схеме, выключать все приборы из сети. При наличии электролитических конденсаторов лабораторной установки дать выдержку времени /5-10 сек/ с целью их разряда.

  6. Категорически запрещается касаться в процессе эксперимента открытых неизолированных частей /в том числе реостатов, зажимов и др. участков, находящихся под напряжением/.

  7. При возникновении каких-либо ненормальностей в работе схемы, немедленно отключить ее от сети и выяснить причину, сообщив об этом преподавателю или лаборанту. После установления причины получить разрешение от преподавателя продолжить эксперимент.

  8. Перед началом работы все приборы регистрирующего типа установить на максимальные значения и только после проверки установить на номинальное значение.

  9. Напряжение переменных источников питания установить на минимум предварительным включением их перед началом сборки схемы.

  10. При сборке схемы уделять внимание наличию надежного контакта в клеммных соединениях.

  11. При сборке схемы необходимо приступить к включению последовательной цепи, а затем уже подключить параллельные цепи и приборы.





Смотрите также:
Методические указания к лабораторной работе операционные усилители д исциплина "Физические основы электроники"
83.78kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторной работе по курсу «Механизация и технология животноводства»
189.46kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплинЫ «физические основы электроники» Направление подготовки бакалавра
111.41kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины «физические основы электроники» Направление подготовки бакалавра
173.22kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторной работе по теме ip-адресация Шамшин Ю. В. Ссылки
159.27kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторной работе №1 «Изучение лабораторного комплекса sdk 1» по дисциплине «Микропроцессорные системы»
50.73kb.
1 стр.
Методические указания по лабораторной диагностике заболеваний, вызываемых
758.67kb.
12 стр.
Методические указания к лабораторной работе Сетевые утилиты в ос windows и unix/Linux. Тестирование стека tcp/ip рига 2004
146.22kb.
1 стр.
Методические указания к выполнению лабораторной работы №4 для студентов очной формы обучения
161.7kb.
1 стр.
Методические указания к лабораторным и домашним работам по дисциплине «Операционные системы» Специальности: 230401 Прикладная математика
584.93kb.
5 стр.
Методические указания по выполнению лабораторной работы Братск Издательство Братского государственного университета 2011
131.91kb.
1 стр.
Методические указания к выполнению лабораторной работы №6 для студентов специальности 071900 "Информационные системы и технологии" Хабаровск
177.85kb.
1 стр.