WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |

UвхN W Uд ос Uвых I вхРис. 4.7. Схема инвертирующего сумматора на ОУ.

Для узла суммирования можно записать токовое уравнение Кирхгофа I1 + I2 +...+ IN = Iос + Iвх2 (0.38) Считая ОУ идеальным, входной ток Iвх2 0, поэтому I1 + I2 +...+ IN = Iос + Iвх2 Iос (0.39) Выражая входные токи через разности напряжений и величины входных сопротивлений имеем ос Uвх1 -Uд Uвх2 -Uд UвхN -Uд Uд -Uвых ++ += (0.40) R1 R2 RNRос Так как дифференциальный коэффициент разомкнутого усилителя у идеального ОУ бесконечно большой, то дифференциальное напряжение Uд 0. Отсюда ос Uвх1 Uвх2 UвхN Uвых + + +=- (0.41) R1 R2 RNRос Из выражения (4.18) получаем выражение для выходного напряжения сумматора Rос Rос Rос ос Uвых =- Uвх1 - Uвх2 -...- UвхN (0.42) R1 R2 RN Rос Rос Rос Коэффициенты - ; -... - есть не что иное, как веR1 R1 RN совые или масштабные коэффициенты сумматора.

Модельный эксперимент Цель работы 1. Изучить основные схемы усилителей постоянного тока на основе ОУ:

• инвертирующего усилителя;

• неинвертирующего усилителя;

• инвертирующего сумматора.

2. Экспериментально проверить теорию построения усилителей постоянного тока на ОУ.

3. Изучить способы компенсации напряжения смещения нуля Uсм0 в схеме инвертирующего усилителя постоянного тока на ОУ типа LM741.

4. Приобрести практические навыки по применению ОУ.

Программное обеспечение, приборы и элементы 1. Пакет моделирующих программ Electronics Workbench v.5.12, работающих в среде операционной системы Windows 98, Windows XP или Windows 2000. Путь запуска программы Electronics Workbench: «рабочий стол Windows» папка «Учебный процесс» ярлык.

2. Идеальный (ideal) операционный усилитель DA1 из библиотеки default. Путь выбора: группа компонентов аналоговых микросхем Analog ICs трехвходовой ОУ 3-Terminal Opamp.

3. Операционный усилитель DA2 типа LM741 из библиотеки Im. Путь выбора аналогичен п.2.

4. Пять источников постоянного напряжения Eвх, E1, E2, E3, Eсм0. Путь выбора: группа компонентов источников Sources Battery.

5. Источник постоянного тока Iсм0 для компенсации напряжения смещения нуля ОУ. Путь выбора: группа компонентов источников Sources DC Current Source.

6. Заземление. Путь выбора: группа компонентов источников Sources Ground.

7. Набор резисторов Ri с разбросом сопротивлений от± носительно номинального значения 0,1 %;. Путь выбора: группа базовых компонентов Basic Resistor.

8. Два переключателя SB1 и SB2, управляемые клавишами «I» и «U», соответственно. Путь выбора: Группа базовых компонентов Basic Switch. Назначение клавиш (Key) производится через окно свойств элемента (Switch Properties) 9. Вольтметры PV1 и PV с внутренним сопротивлением 10 МОм Путь выбора: группа компонентов индикаторные приборы Indicators Voltmeter.

10. Амперметр PAс внутренним сопротивлением 1мОм. Путь выбора: группа компонентов индикаторные приборы Indicators Ammeter.

Программа работы 1. Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы.

2. Изучить схемы включения ОУ.

3. Исследовать работу инвертирующего усилителя на ОУ.

4. Исследовать работу неинвертирующего усилителя на ОУ.

5. Исследовать работу инвертирующего сумматора на ОУ.

6. Исследовать способы компенсации смещения нуля на выходе инвертирующего усилителя на основе ОУ LM741.

Порядок проведения работы 1. Ответить на контрольные вопросы и расписаться в журнале по технике безопасности.

2. Ознакомиться с электрическими схемами, приборами и элементами, используемыми в лабораторной установке.

3. Получить у преподавателя разрешение на выполнение лабораторной работы, включить компьютер и запустить программу Electronics Workbench.

4. Провести исследование инвертирующего усилителя на основе идеального ОУ DA1 (ideal).

4.1. Собрать схему моделируемой лабораторной установки, изображенной на рис. 4.8. Номиналы резисторов и величину напряжения источника установить такие, как указано на этой схеме.

Выбрать модель ОУ. Для этого двойным щелчком левой клавиши мыши вызвать диалоговое меню 3-Terminal Opamp Properties и в окошке Library (библиотека) выбрать библиотеку default, а в окошке Model – модель ОУ ideal. После этого левой кнопкой мыши щелкнуть клавишу OK.

Установить параметры вольтметров. Вызвав диалоговое окно Voltmeter Properties, открыть вкладку Value и в окошке Mode задать тип вольтметра – DC (вольтметр постоянного тока). В окошке Resistance (R) установить внутреннее сопротивление вольтметра 10 МОм.

Задать величину напряжения источника постоянного напряжения, вызвав двойным щелчком диалоговое меню Battery Properties (свойства источника) и установив во вкладке Value (Значение) нужное для проведения опыта значение (Voltage). Подтвердить свой выбор щелчком левой клавиши мыши на клавише OK.

Рис. 4.8. Схема инвертирующего усилителя на основе идеального ОУ Установить для резистора значение сопротивления и разброс его величины в диалоговом окне Resistor Properties. В пункте Use global tolerance снять галочку. В пункте Resistance tolerance задать разброс 0,1 %. Левой кнопкой мыши нажать клавишу OK.

4.2. Включить установку с помощью выключателя в правом верхнем углу экрана и занести показания входного Uвх и выходного Uвых вольтметров в табл. 4.1 при Eвх = 0 В, R1=1 кОм, R2=1000 кОм.

4.3. Изменяя номиналы резисторов R1 и R2 и значения входного напряжения, провести серию опытов в соответствии с данными табл. 4.1.

4.4. Вычислить теоретический и экспериментальный коэффициенты усиления инвертирующего усилителя по напряжению, а также относительную погрешность усиления :

Rтеор Ku =- (0.43) RUвых эксп Ku = (0.44) Uвх теор эксп (Ku - Ku ) = 100% (0.45) теор Ku Результаты вычислений занести в табл. 4.1.

Таблица 4.Uвх, R1, R2, Uвых,, теор эксп Ku Ku мВ кОм кОм В % 0 1 10 1 100 10 4.5. Предъявить результаты измерений и вычислений преподавателю для получения разрешения на проведение дальнейших исследований.

5. Провести исследование неинвертирующего усилителя на основе идеального ОУ DA (ideal).

5.1. Собрать схему, показанную на рис. 4.9. Установить номиналы резисторов и величины напряжений источников такие, как указано на этой схеме.

5.2. Включить установку с помощью выключателя в правом верхнем углу экрана и занести показания входного Uвх и выходногоUвых вольтметров в табл. 4.2 при Eвх=0 В, R1=1 кОм, R2=кОм.

Рис. 4.9. Схема неинвертирующего усилителя на основе идеального ОУ Таблица 4.Uвх, R1, R2, Uвых,, теор эксп Ku Ku мВ кОм кОм В % 0 1 10 1 100 10 5.3. Изменяя номиналы резисторов R1 и R2 и значения входного напряжения, провести серию опытов в соответствии с данными табл. 4.2.

5.4. Вычислить теоретический и экспериментальный коэффициенты усиления неинвертирующего усилителя по напряжению, а также относительную погрешность измерений Rтеор Ku =1+ (0.46) RUвых эксп Ku = (0.47) Uвх теор эксп (Ku - Ku ) = 100 % (0.48) теор Ku Результаты вычислений занести в табл. 4.5.5. Предъявить результаты измерений и вычислений преподавателю для получения разрешения на проведение дальнейших исследований.

Рис. 4.10. Схема инвертирующего сумматора на основе идеального ОУ 6. Провести исследование инвертирующего суммирующего усилителя (сумматора) на основе идеального ОУ DA (ideal).

6.1. Из находящихся на рабочем столе элементов, добавив недостающие элементы, смоделировать лабораторную установку в соответствии со схемой на рис. 4.10. Установить номиналы резисторов и величины напряжений источников такие, как указано на этой схеме.

6.2. Включить установку с помощью выключателя в правом верхнем углу экрана и, изменяя номиналы резисторов R1 … R4 и значения входных напряжений*, провести серию опытов в соответствии с данными табл. 4.3.

6.3. Рассчитать величину напряжения на выходе усилителя R4 R4 Rтеор Uвых =- Uвх1 - Uвх2 - Uвх3 (0.49) R1 R2 Rи рассчитать относительную ошибку суммирования теор эксп Uвых -Uвых = 100%. (0.50) теор Uвых Результаты вычислений занести в табл. 4.3.

Таблица 4.теор эксп R4 R4 RUвх1, Uвх2, Uвх3, R1, R2, R3, R4,, U Uвых вых мВ мВ мВ кОм кОм кОм кОм R1 R2 RВ В % 0 –0 0 1 2 10 10 –30 100 1 2 10 10 –30 100 10 10 10 10 –30 100 2 1 10 10 –30 100 2 1 10 * Так как внутреннее сопротивление источников Eвх1, Eвх2, Eвх3 равно нулю, то Eвх1= Uвх1, Eвх2= Uвх2, Eвх3= Uвх3.

6.4. Предъявить результаты измерений и вычислений преподавателю для получения разрешения на проведение дальнейших исследований.

7. Провести исследование способов компенсации напряжения смещения нуля инвертирующего усилителя постоянного тока на основе ОУ LM741.

7.1. Собрать схему моделируемой лабораторной установки, изображенной на рис. 4.11.

Для выбора модели ОУ вызвать его диалоговое окно свойств 3Terminal Opamp Properties и в этом окне открыть вкладку Models и в окошке Library (библиотека) выбрать левой клавишей мыши библиотеку Im, а в окошке Model – модель ОУ LM741. После этого левой кнопкой мыши щелкнуть клавишу OK.

Внутреннее сопротивление амперметра можно не устанавливать, так как оно по умолчанию равно 1 мОм.

Рис. 4.11. Схема для измерения Uсм0 и исследования способов его компенсации Задать клавиши управления переключателями. Для этого двумя кликами мыши вызвать меню Switch Properties, открыть вкладку Value и в окошке Key впечатать I и U, соответственно.

7.2. Отключить переключателем SB1 компенсирующий источник тока Iсм0 от инвертирующего входа ОУ; неинвертирующий вход ОУ переключателем SB2 присоединить к общему проводу (земле);

задать R1=1 кОм, R2=1000 кОм, Eвх = 0В.

7.3. Включить питание схемы и снять показания вольтметра PV2 – значение напряжения смещения нуля на выходе инвертируювых щего усилителя Uсм0.

7.4. Рассчитать напряжение смещения нуля ОУ, приведенное к входу вых UсмUсм0 = (0.51) R+ R7.5. При помощи ключа SB2 подключить компенсирующий источник напряжения смещения к неинвертирующему входу ОУ и установить Eсм0 = Uсм0.

7.6. Изменяя величину напряжения компенсирующего источника Eсм0 (желательно до сотых долей мкВ), добиться минимальной ошибки на выходе ОУ. Значение выходного напряжения ошибки и ЭДС источника смещения записать как вых Uсм0 * = В ; Eсм0* = мкВ.

7.7. Установить Uвх=10 мВ и для двух положений переключателя SB2 измерить величину выходного напряжения. Результаты измерений занести в табл. 4.Таблица 4.Uвх, R1, R2, теор Ku мВ кОм кОм вых вых, %, % смсмсмсмсмсмU, В U, В ( E 0) ( E 0) ( E = 0) ( E = 0) ( E = 0) ( E 0) 10 1 7.8. Вычислить теоретический и экспериментальный коэффициенты усиления инвертирующего усилителя по напряжению, а также относительную погрешность усиления, воспользовавшись формулами (4.20), (4.21), (4.22). Результаты вычислений занести в табл.

4.4.

7.9. Подключить компенсирующий источник тока смещения Iсм0 к инвертирующему входу ОУ (при помощи ключа SB1) и установить Iсм0 = 1,071 мкА. Неинвертирующий вход ОУ при помощи ключа SB2 присоединить к общему проводу (компенсирующий источник напряжения источник напряжения Eсм0 – отсоединить).

7.10. Изменяя величину тока компенсирующего источника Iсмдобиться минимальной ошибки на выходе ОУ. Значение ошибки записать как вых Uсм0 ** = В ; Iсм0* = мкА.

7.11. Установить Uвх = 10мВ и для двух положений переключателя SB1 измерить величину выходного напряжения. Результаты измерений занести в табл. 4.Таблица 4.Uвх, R1, R2, теор Ku мВ кОм кОм 10 1 7.12. Вычислить теоретический и экспериментальный коэффициенты усиления инвертирующего усилителя по напряжению, а также относительную погрешность усиления, воспользовавшись формулами (4.20), (4.21), (4.22). Результаты вычислений занести в табл. 4.5.

вых вых, %, % смсмсмсмсмсмU, В U, В ( I = 0) ( I 0) ( I = 0) ( I 0) ( I = 0) ( I 0) 7.13. Предъявить данные измерений и вычислений преподавателю и получить разрешение на окончание работы.

8. После окончания модельного эксперимента закрыть созданный файл без сохранения внесенных изменений (Revert to Saved…).

Выйти из программы Electronics Workbench.

Содержание отчёта 1. Цель работы.

2. Программа работы.

3. Принципиальные электрические схемы инвертирующего, неинвертирующего и суммирующего усилителей на основе идеального ОУ, выполненные по отечественным стандартам.

4. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки для исследований методов компенсации напряжения смещения нуля ОУ.

5. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

6. Краткие выводы по работе.

Контрольные вопросы При допуске к лабораторной работе надо ответить на вопросы:

1. Каковы цель и программа работы 2. В каких областях и для чего применяются ОУ 3. Какие основные выводы имеются у ОУ 4. Чем отличаются инвертирующий и неинвертирующий входы у ОУ 5. Что такое проходная характеристика ОУ и каков её вид 6. Что называется дифференциальным коэффициентом усиления ОУ 7. Какой ОУ считается идеальным 8. По какой формуле считается коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя постоянного тока на основе ОУ 9. По какой формуле считается коэффициент усиления по напряжению неинвертирующего усилителя постоянного тока на основе ОУ 10. Что такое напряжение смещения нуля ОУ 11. Что называется дрейфом выходного напряжения ОУ 12. Какую функцию выполняет инвертирующий сумматор 13. Что называют масштабными коэффициентами сумматора При защите лабораторной работы необходимо ответить на все вышеперечисленные вопросы и, кроме того:

1. Какой тип обратной связи применяется в инвертирующем усилителе на ОУ 2. Какой тип обратной связи применяется в неинвертирующем усилителе на ОУ 3. Какой тип обратной связи применяется в инвертирующем сумматоре на ОУ 4. От чего зависит ошибка усиления сигнала в усилителях на ОУ 5. Определить приведенное к входу напряжение смещения нуля ОУ.

6. Нарисуйте схему инвертирующего усилителя постоянного тока на основе ОУ и объясните ее работу.

7. Нарисуйте схему неинвертирующего усилителя постоянного тока на основе ОУ и объясните ее работу.

8. Нарисуйте схему инвертирующего сумматора на основе ОУ и объясните ее работу.

Тема RS- И JK-ТРИГГЕРЫ Теоретические сведения Триггер – это устройство, обладающее двумя устойчивыми состояниями. Триггер имеет два выхода – прямой Q и инверсный Q.

Состояние триггера определяется логическим уровнем сигнала на его прямом выходе Q. Говорят, что триггер находится в единичном состоянии, если Q = 1, а Q = 0 и, соответственно, в нулевом, когда Q = 0, а Q = 1. У некоторых триггеров, в частности у RS - триггеров, имеется неопределенное состояние, когда логические уровни сигналов на выходах одинаковы (Q = Q ). Такое состояние является запрещенным.

Переход из одного состояния в другое (процесс опрокидывания триггера) происходит лавинообразно за счет внутренней глубокой положительной обратной связи. В отличие от линейных комбинационных схем логическое состояние выходных сигналов триггера зависит не только от комбинации входных информационных сигналов (сигналов на R,S,D,C,J,K и др. входах), но и от его внутреннего исходного состояния.

Триггеры могут работать в режиме записи (установки), хранения и перезаписи.

Триггеры бывают асинхронные и синхронные. В свою очередь синхронные триггеры подразделяются на:

• синхронные триггеры, управляемые потенциалом (статические или однотактные триггеры);

• синхронные триггеры, управляемые фронтом, которые называются также динамическими или двухтактными триггерами.

У асинхронных триггеров изменение состояния на выходе происходит при любой смене входных сигналов. Если при формировании входных сигналов возникают короткие ложные импульсы, то они могут вызвать ложные срабатывания триггера. Это и является основным недостатком асинхронных триггеров.

Условное графическое обозначение (УГО) асинхронного RS - триггера с инверсными входами приведено на рис. 5.1. Буква «T» на основном поле означает, что триггер однотактный. Кружки указывают на инвертирование сигнала, например, чтобы установить триггер в единичное состояние (Q =1) необходимо на вход установки подать S = 0.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.