Напряжение на выходе такой схемы

Uвых = - (R2/R1)(U1 + U2 +...+ Un).

Если R1 = R2 =...= R , то Uвых = - (U1 + U2 +...+ Un).

Рассмотрим неинвертирующий ОУ (рисунки 13.3, 13.4). В этой схеме входной сигнал подается на неинвертирующий вход ИМС ОУ, а на его инвертирующий вход с помощью делителя выходного напряжения, выполненного на резисторах R1, R2, подается напряжение ООС, равное величине Uоос = Uвых*R2/(R1 + R2). В схеме действует последовательная ООС по напряжению, глубина которой b = R2 /(R1 + R2), а коэффициент усиления напряжения определяется как Kuоу = 1/b. Рассмотрим дифференциальный ОУ (рисунок 13.5). В этой схеме на оба входа ИМС ОУ подаются входные напряжения Uвх1 и Uвх2. Усилитель работает в линейном режиме и представляет собой сочетание инвертирующего и неинвертирующего включения ИС ОУ. Выходное напряжение равно алгебраической сумме напряжений, которые являются результатом действия сигналов на соответствующих входах ИМС. Если выполняется условие R1 = R4, R2 = R3, то Uвых = Uвх2 - Uвх1, т.е. выполняется вычитание входных напряжений.

Рассмотрим дифференцирующее включение ОУ (рисунок 13.6). В таком усилителе ИМС ОУ включена по схеме инвертирующего усилителя с ООС, выполненной на резисторе R1 и конденсаторе C, которые для входного сигнала являются дифференцирующей цепью. Применение ИМС ОУ с большим коэффициентом усиления значительно уменьшает погрешность дифференцирования по сравнению с пассивной цепью. Выходное напряжение

Uвых(t) = R1*C*(dUвх/dt),

где R1*C - постоянная времени дифференцирующей цепи.

Интегрирующее включение ОУ показано на рисунке 13.7. Этот усилитель также является инвертирующим ОУ с ООС, выполненной на конденсаторе C и резисторе R1, которые для входного сигнала являются интегрирующей цепью. Применение ИМС ОУ уменьшает погрешность интегрирования в Kuоу раз по сравнению с пассивной интегрирующей цепью. Выходное напряжение

Uвых(t) = (1/(R1*C)) ∫Uвх dt,

где R1*C - постоянная времени интегрирующей цепи.

13.3 Подготовка к выполнению работы

13.3.1 Изучить принцип работы, параметры, характеристики, схемы включения и возможности применения ИМС ОУ.

13.3.2 Привести справочные данные параметров исследуемой ИМС ОУ К140УД8

13. 4 Порядок выполнения работы

13.4.1 Исследование инвертирующего включения ОУ.

13.4.1.1 Собрать схему усилителя в соответствии с рисунком 13.1. Для этой схемы: R1 = R3 = 1 КОм, R2 = Rос (20 КОм или 120 КОм).

13.4.1.2 Снять и построить амплитудную характеристику при подаче на вход гармонического сигнала с частотой f = 1 КГц для:

а) ОУ без ООС;

б) ОУ с ООС.

Определить Uвхmax, при котором появляются нелинейные искажения выходного сигнала. Убедиться, что выходное напряжение противофазно входному.

13.4.1.3 Измерить коэффициент усиления Kuоу на частоте 1 КГц при Uвх<Uвхmax для:

а) ОУ без ООС;

б) ОУ с ООС.

Рисунок 13.1 – Усилитель инвертирующий

Рисунок 13.2 – Сумматор инвертирующий

Рисунок 13.3 – Усилитель неинвертирующий

13.4.1.4 Собрать схему инвертирующего повторителя напряжения (R1 = R2) и убедиться в правильности ее работы. Зарисовать временные диаграммы работы.

13.4.1.5 Собрать схему инвертирующего сумматора напряжений (рисунок 13.2) для суммирования двух входных сигналов Uвх1 и Uвх2, подаваемых от двух разных источников. Значения резисторов, на которые подаются входные напряжения, и резистора в цепи обратной связи взять одинаковыми и равными 20 кОм. Убедиться в том, что Uвых = -(Uвх1 + Uвх2). Зарисовать временные диаграммы работы.

13.4.2 Исследование неинвертирующего включения ОУ.

13.4.2.1 Собрать схему усилителя, приведенную на рисунке 13.3. Для этой схемы: R1 = 20 КОм, R2 = 1 КОм.

13.4.2.2 Проделать операции, аналогичные п.13.4.1.2 – 13.4.1.3, выполняемым при исследовании инвертирующего усилителя.

13.4.2.3 Собрать схему неинвертирующего повторителя напряжения (рисунок 13.4) и убедиться в правильности ее функционирования.

Зарисовать временные диаграммы работы.

13.4.3 Исследование дифференциального ОУ.

13.4.3.1 Собрать схему усилителя, представленную на рисунке 13.5. Для этой схемы:

R1 = R4 = 20 КОм, R2 = R3=1КОм.

13.4.3.2 Убедиться в том, что схема вычитает входные напряжения Uвых=Uвх2- Uвх1. Зарисовать временные диаграммы работы.

13.4.4 Исследование инвертирующего ОУ в качестве дифференцирующего усилителя.

13.4.4.1 Собрать схему в соответствии с рисунком 13.6.

13.4.4.2 Снять и построить АЧХ дифференцирующего включения ОУ для постоянных времени Tдиф1 = R1*C и Tдиф2 = R1*C'. Для этой схемы: C=M15, C' = 10H.

13.4.4.3 Исследовать дифференцирующий ОУ в режиме дифференцирования входных прямоугольных импульсов при Tдиф1 и Tдиф2.

Зарисовать временные диаграммы работы.

13.4.5 Исследование инвертирующего ОУ в качестве интегрирующего усилителя.

13.4.5.1 Собрать схему интегрирующего усилителя в соответствии с рисунком 13.7.

13.4.5.2 Снять и построить АЧХ интегратора для постоянных времени интегрирования Tинт1= R1*C и Tинт2= R1*C'. Для этой схемы: С = М15, С'=10H.

13.4.5.3 Исследовать интегрирующий ОУ в режиме интегрирования входных прямоугольных импульсов при Tинт1 и Tинт2. Зарисовать временные диаграммы работы.

13.4.5.4 Сравнить результаты исследования ОУ с теоретическими и сделать выводы.

Рисунок 13.4 – Повторитель

Р исунок 13.5 – Дифференциальный усилитель

Р исунок 13.6 – Дифференцирующий усилитель

13.5 Контрольные вопросы

13.5.1 Охарактеризуйте назначение, параметры, характеристики и особенности применения ОУ.

13.5.2 Приведите схемы инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального включения ИМС ОУ, определите их основные параметры и дайте сравнительную характеристику.

13.5.3 Охарактеризуйте неинвертирующий и инвертирующий повторители напряжения и приведите их схемные реализации.

13.5.4 Нарисуйте сумматор напряжений и охарактеризуйте его особенности.

13.5.5 Приведите схемы интегрирующего и дифференцирующего включения ОУ и дайте их сравнительную характеристику.

13.6 Рекомендуемая литература: [1, 2, 3, 5, 8, 9, 14, 16, 17].