7.3 На рисунке 8 приведены первая схема ограничителя на идеальном оу и идеальном диоде

Рисунок 8

В данной модели сопротивление открытого диода 1 Ом, закрытого – 100 кОм.

При подаче на вход каскада синусоидального сигнала амплитудой 5 В и частотой 50 Гц, с помощью осциллографа были полученные характеристики приведённые на рисунке 9.

Рисунок 9

Анализируя осциллограмму были сделаны следующие выводы:

• При подаче на вход операционного усилителя положительного полупериода синусоиды (диод открыт) сигнал ослабляется. Действительно, рассматривая диод как резистор с сопротивлением 1 Ом, получаем коэффициент усиления для инвертирующего усилителя:

К = Rд/R1 = 1/1000 = 0.001, т.е. сигнал ослабляется;

• При подаче на вход операционного усилителя отрицательного полупериода синусоиды (диод закрыт) сигнал усиливается. Действительно, рассматривая диод как резистор с сопротивлением 100 кОм, получаем коэффициент усиления для инвертирующего усилителя:

К = Rд/R1 = 100000/1000 = 100, т.е. сигнал усиливается (в реальных условиях максимальное напряжение ограничивается напряжением насыщения ОУ);

При изменении полярности включения диода была получена следующая осциллограмма:

Рисунок 10

Анализируя осциллограмму были сделаны следующие выводы:

• При подаче на вход операционного усилителя отрицательного полупериода синусоиды (диод открыт) сигнал ослабляется. Действительно, рассматривая диод как резистор с сопротивлением 1 Ом, получаем коэффициент усиления для инвертирующего усилителя:

К = -Rд/R1 =- 1/1000 = -0.001, т.е. сигнал ослабляется и инвертируется;

• При подаче на вход операционного усилителя положительного полупериода синусоиды (диод закрыт) сигнал усиливается. Действительно, рассматривая диод как резистор с сопротивлением 100 кОм, получаем коэффициент усиления для инвертирующего усилителя:

К = -Rд/R1 = -100000/1000 = -100, т.е. сигнал усиливается и инвертируется (в реальных условиях максимальное напряжение ограничивается напряжением насыщения ОУ);

На рисунке 11 приведена вторая схема ограничителя на идеальном ОУ и идеальном диоде

Рисунок 11

В данной модели сопротивление открытого диода 1 Ом, закрытого – 100 кОм.

В данной схеме ОУ включен по схеме неинвертирующего усилителя.

На рисунках 12, 13 приведены осциллограммы полученные при нормально включенном диоде и с измененной полярностью соответственно. При анализе осциллограмм было установлено, работа данной схемы отличается от работы предыдущей лишь тем, что сигнал на выходе не инвертирован.

Рисунок 12

Рисунок 13

7.4 На рисунке 14 приведена схема генератора напряжений прямоугольной и треугольной формы.

Рисунок 14

С помощью осциллографа были получены следующие осциллограммы:

Рисунок 15

Анализ осциллограмм показал, что частота прямоугольных и треугольных импульсов одинакова и составляет 454.5 кГц.

Расчетное значение частоты составило: .

Т.е. присутствует расхождение экспериментальных и теоретических данных. Данный факт обусловлен свойствами модели операционных усилителей.

В приведенной схеме операционный усилитель OU1 является частью аналогового интегратора, операционный усилитель OU2 – аналогового компаратора.

Даная схема неработоспособна при использовании идеальных операционных (Uсм=0). Это объясняется принципом работы данной схемы. Если Uсм=0 то на вход интегратора, при включении питания, будет поступать 0 В, и в этом случае изменения сигнала на выходе интегратора не будет (V1=0). На входе компаратора в этом случае напряжение так же будет равно 0 и переключения компаратора не будет (на выходе останется напряжение 0 В).

7.5 Ответы на контрольные вопросы:

1. Для уменьшения ошибки сдвига и дрейфа нулевого уровня УПТ за счёт влияния входных токов реального ОУ необходимо уменьшить разность токов для прямого и инвертирующего входов. Это, как правило достигается применением дополнительных резисторов (компенсационных).

2. Для оценки верхней рабочей частоты на уровне Мв = 3 дБ, усилителя постоянного тока, собранного по схеме приведённой на рисунке 1, используется формула:

где, f1 = 1 МГц – частота единичного усиления

3. Достоинство неинвертирующего ОУ- большое входное сопротивление, недостаток –дополнительная погрешность сдвига за счёт синфазного сигнала на входе ОУ.

4. Для повышения точности в схеме ОУ, используют прецизионные резисторы с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления.

5. У операционных усилителей, как правило, есть входы подстройки сдвига напряжения на выходе. К этим входам подключается потенциометр и при его регулировке сдвиг уменьшается. Если же таких входов нет, то применяют компенсационные схемы для устранения этого недостатка.