Оу как элемент для выполнения математических операций

Для осуществления операции интегрирования сигнала по времени применяется схема, изображенная на рис. 4, а. Действительно, в предположении, что входным током усилителя можно пренебречь, запишем и приравняем друг к другу значения токов через емкость С и сопротивление R:

(6)

Рис. 4

Идеализируя ОУ по коэффициенту усиления, с большой степенью точности можно считать и_вх0. Поэтому из (6) имеем

и_вых. (7)

Проводя аналогичные рассуждения для схемы, приведенной на рис. 4, б, можем записать условие равенства токов через R и С:

. (8)

откуда

и_вых, (9)

т. e. напряжение на выходе пропорционально производной по времени от напряжения источника сигнала.

Отметим, что с помощью таких схем (рис.4, а, б) интегрирование и дифференцирование сигналов осуществляется с погрешностью, приблизительно в К₀ раз меньшей, чем с помощью обычных RC-цепей с такими же R и С.

На рис. 4,в изображена схема, применяемая для осуществления операции суммирования сигналов. Ток через R_ос равен сумме токов через сопротивления R₁, R₂,....,R_n:

(10)

или с учетом сделанных выше замечаний

и_вых=. (11)

Отношения R_ос/R_i называют масштабными коэффициентами, т.е. напряжение на выходе равно сумме (с обратным знаком) напряжений на входах, умноженных на свои масштабные коэффициенты. Иными словами, при R₁=R₂=...=R_n схема является сумматором напряжений на нескольких входах.

ОУ с включенными во входную цепь и цепь обратной связи элементами с различной зависимостью i от и (сопротивления, варисторы, диоды и т. п.) применяются для функционального преобразования входных напряжений: логарифмирования, умножения, возведения в степень и т.п.

Порядок выполнения работы

1.Запустите программу Electronics Workbench и откройте файл lab71.ewb, содержащий схему инвертирующего масштабного усилителя (рис.5).

а). Проведите моделирование схемы и определите коэффициент усиления.

б).Постройте амплитудную характеристику усилителя.

Рис. 5

2.Откройте файл lab72.ewb со схемой неинвертирующего масштабного усилителя (рис.6).

а) Проведите моделирование схемы и определите коэффициент усиления.

Рис. 6

3. Откройте файл lab73.ewb, в котором содержится схема интегратора (рис.7). На этой схеме конденсатор в цепи обратной связи ОУ подсоединен между суммирующим входом и выходом интегратора. Следовательно, напряжение на конденсаторе приблизительно равно выходному напряжению. При воздействии постоянного входного напряжения U напряжение на выходе интегратора является линейной функцией времени: U_вых=t^.U/RC. Если напряжение U на входе действует неопределенно долгое время, выходное напряжение U_вых будет изменяться до тех пор, пока не достигнет величины напряжения насыщения ОУ.

а) Проведите моделирование схемы.

б) Изменяя величину сопротивления R и емкости С, посмотрите, как они влияют на время достижения U_вых напряжения насыщения.

Рис. 7

4. Откройте файл lab74.ewb, представляющий собой практическую схему дифференцирующего усилителя (рис.8). R1 и С3 вносят дополнительное затухание, обеспечивающее устойчивость усиления и подавления высокочастотных помех.

а) Проведите моделирование схемы.

б) Изменяя величину емкости конденсатора С2, посмотрите форму выходного сигнала.

Рис. 8

5. Откройте файл lab75.ewb, в котором представлена схема двухвходового сумматора (рис.9)

а) Проведите моделирование сумматора.

б) Проведите расчет выходного напряжения сумматора по формуле (11) при указанных на схеме параметрах и сравните полученные данные с результатами моделирования.

Рис. 9

6

Рис. 10

. Откройте файлlab76.ewb.Он содержит схему одного из первых отечественных ОУ серии 140УД1 (рис.10). Первый каскад ОУ состоит из дифференциального усилителя на транзисторах VT1,VT2 с генератором тока в цепи эмиттера на транзисторе VT3. Температурная стабилизация тока осуществляется транзистором VT4. Второй каскад на транзисторах VT5 и VT6 гальванически связан с выходом первого. На выходе усилителя включены два эмиттерных повторителя на транзисторах VT7 и VT9. Каскад на транзисторе VT8 осуществляет сдвиг уровня постоянного напряжения.

На схеме рис. 10 ОУ включен по схеме инветирующего усилителя. Коэффициент усиления напряжения равен К_u=R_os/R_i=5. R_n ­­­- сопротивление нагрузки.

а) Проведите моделирование схемы

б) Рассчитайте коэффициент усиления схемы на рис.10 при R_os=1 и 10 ком. Результаты расчета проверьте моделированием.