Работа № 4. Исследование суммирующего ОУ

Цель работы: Дать практические навыки работы со схемами суммирующих усилителей.

Схема суммирующего усилителя показана на рис. 19. Для инвертирующего входа можно записать:

откуда

, и _н = 0.

Поскольку согласно правилу 1 и _и» и _н, при R ₁ = R ₃ получаем

т. е. выходное напряжение ОУ равно сумме входных напряжений, умноженной на постоянный коэффициент. При R ₁ = R ₃

Для схемы неинвертирующего сумматора, показанной на рис. 20, получаем

; .

Согласно правилу 1 и _и» и _н. При R ₃ = R ₄ и R ₁ = R ₂ получаем

Рис. 19

Рис. 20

Порядок выполнения работы

1. Подобрать сопротивление резисторов R1, R2, R3 в диапазоне (1...100) кОм таким образом, чтобы R ₂/ R ₁£ 3, а R ₁ = R ₃.

Рис. 21

2. Собрать схему суммирующего ОУ (рис. 21). Установить на выходе источника постоянного напряжения (1...2) В и подключить его к R1. К R2 подключить датчик сигнала, установив переключатель в положение "Постоянное". Подключить вольтметры к датчику сигнала и выходу ОУ.

3. Включить питание стенда. Изменяя с помощью датчика сигнала входное напряжение, измерять напряжение датчика сигнала (U ₂) и выходное напряжение ОУ (8...10 измерений). Рассчитать U _вх = U ₁ + U ₂. Результаты занести в таблицу 3. Отключить питание стенда.

Таблица 3

U ₁, В
U ₂, В	5	–4,5	…
U _вх, В
U _вых, В

Рис. 22

4. По результатам таблицы 3 построить график U _вых = f (U _вх).

5. Подобрать R ₂ = R ₁ и повторить пп. 3–4.

6. Подобрать сопротивление резисторов R1, R2, R3 и R4 в диапазоне (1...100) кОм таким образом, чтобы R ₁ = R ₂, а R ₃ = R ₄. Собрать схему неинвертирующего суммирующего ОУ (рис. 22). Установить на выходе источника постоянного напряжения (1...2) В и подключить его к R3. К R4 подключить датчик сигнала, установив переключатель в положение "Постоянное". Подключить вольтметры к датчику сигнала и выходу ОУ.

Рис. 23

7. Повторить измерения, расчеты и построение графика по пп. 3–5.

Рис. 24

8. Подобрать сопротивления резисторов R1, R2, R3 и R4 в диапазоне (1...100) кОм таким образом, чтобы R ₁ = R ₂ = R ₃. Подобрать сопротивление резистора R4 в пределах 510 Ом... 1 кОм и конденсатор С1. Собрать схему, показанную на рис. 23.

9. По методике, приведенной в предыдущей работе, рассчитать с помощью программы MathCAD амплитуду и фазовый сдвиг напряжения и _вх2 при частоте f_u _вх1 = 1 кГц и амплитуде напряжения U _вх1 = 1 В. Входные и выходные напряжения при R ₅ = 510 Ом и
C ₁ = 0,33 мкФ показаны на рис. 24.

10. Проверить полученные результаты с помощью модели дифференцирующего усилителя, показанной на рис. 25а. Результаты моделирования показаны на рис. 25б.

Рис. 25

11. Установить частоту напряжения ЗГ 1 КГц. Включить питание стенда. По осциллографу установить амплитуду напряжения U _вх1 = 1 В. Зарисовать в одних осях осциллограммы u _вх1(t), u _вх2(t) и u _вых(t). Отключить питание стенда.

12. Подобрать сопротивления резисторов R1, R2, R3 и R4 в диапазоне (1...100) кОм таким образом, чтобы R ₁ = R ₂ = R ₃ = R ₄. Выбрать конденсатор С1 и сопротивление резистора R5 в пределах 510 Ом...1 кОм. Собрать схему, показанную на рис. 26.

13. По методике, приведенной в предыдущей работе, рассчитать с помощью программы MathCAD амплитуду и фазовый сдвиг напряжения и _вх2 при частоте f_u _вх1 = 1 кГц и амплитуде напряжения U _вх1 = 1 В. Входные и выходное напряжения при R ₅ = 510 Ом и C ₁ = 0,33 мкФ показаны на рис. 27.

14. Проверить полученные результаты с помощью модели дифференцирующего усилителя, показанной на рис. 28а. Результаты моделирования показаны на рис. 28б.

Рис. 26

Рис. 27

Рис. 28

15. Установить частоту напряжения ЗГ 1 КГц. Включить питание стенда. По осциллографу установить амплитуду U _вх1 = 1 В. Зарисовать в одних осях осциллограммы u _вх1(t), u _вх1(t) и u _вых(t). Отключить питание стенда.

Содержание отчета

1. Схемы исследуемых усилителей.

2. Таблицы результатов и графики по результатам измерений и расчетов.

3. Осциллограммы u _вх1(t), u _вх1(t) и u _вых(t).