9.1.4Схема дифференцирования.

Поменяв местами сопротивление и конденсатор в интеграторе получим дифференциатор (рис. 9.4.).

Р ис. 9.4. Схема дифференциатора на ОУ

Применение правила узлов для инвертирующего входа ОУ в этом случае дает следующее соотношение:

Uвых = -R*C*(dUвх/dt).

При синусоидальном входном напряжении получим на выходе напряжение:

Uвых = -*R*C*Uвх*cos(t).

Отсюда следует соотношение для отношения амплитуд выходного и входного сигналов:

Uвых/Uвх = Кu = *R*C.

Амплитудно-частотная характеристика схемы дифференцирования в логарифмическом масштабе представляет собой прямую с наклоном 20 дБ/дек.

Практическая реализация дифференцирующей схемы, показанной на рис. 9.4. сопряжена с трудностью обеспечения устойчивости, поскольку ОС при больших частотах входного сигнала вызывает фазовое опережение, составляющее около 30 градусов.

Устранить этот недостаток можно включив во входную цепь последовательно с емкостью С резистор R1.

Величину R1*C (и, следовательно, граничную частоту f1 цепочки) целесообразно выбирать так, чтобы на этой частоте усиление цепи ОС составляло 1. В этом случае верно соотношение:

f1 = 1/(2n*R*C),

где f1 – граница частоты дифференцирования.

9.2Подготовка к работе.

Изучить принцип работы, параметры, характеристики вычислительных схем на основе ОУ.

2. Изучить порядок расчета элементов схем и их качественных характеристик.

3. Определить диапазон частот, в котором схема на ОУ является интегратором для заданных преподавателем значений параметров исследуемой схемы.

4. Определить диапазон частот, в котором схема на ОУ является дифференциатором для заданных преподавателем значений параметров исследуемой схемы.

5. Нарисовать исследуемые вычислительные схемы.

6. Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.

9.3План работы.

1. Соберите схему суммирующего усилителя рис. 9.5.

По номиналам элементов схемы определите ее назначение. Определите величину выходного сигнала, при котором 0У не будет входить в насыщение. Задайтесь комбинацией входных сигналов и рассчитайте выходное напряжение. Проверьте расчеты экспериментально и оцените погрешности. Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов.

2. Соберите схему вычитающего усилителя рис. 9.6. Задайтесь комбинацией входных сигналов и рассчитайте по значениям элементов схемы выходное напряжение. Проверьте расчеты экспериментально и оцените результаты расчета. Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов.

3. Соберите схему интегратора рис. 9.7. Снимите амплитудно-частотную характеристику схемы. По номиналам схемы определите постоянную времени интегрирования.

Tu = R*С

Оцените влияние напряжения смещения Uсм и входного тока Iвх на точность интегрирования. Введите параллельно емкости С1 сопротивление R11 и оцените влияние Uсм и входного тока на точность интегрирования.

4. Подайте на вход схемы прямоугольные импульсы частотой 200 Гц с амплитудой не более 2 В и снимите осциллограмму выходного сигнала для трех положений резистора R11. Рассчитайте амплитуду выходного сигнала и сравните результаты с экспериментом.

5. Соберите схему дифференцирования рис. 9.8. и подайте на вход треугольные импульсы частотой 200 Гц и амплитудой не более 2 В. Оцените качество дифференцирования при различных значениях емкости.

6. Соберите схему дифференцирования, добавив к собранной схеме резистор R15. Подайте на вход треугольные импульсы и оцените качество дифференцирования для трех значений R15. Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов.