[El circuito amplificador operacional analógico del quinto experimento (1)] Circuito amplificador operacional

Informe del experimento

No.: Nombre:

Quinta vez

Nombre del experimento:

Circuito amplificador operacional analógico (1)

Quinta vez

Nombre del experimento: Circuito amplificador operacional analógico (1)

Hora de envío del informe: mayo 1, 2011

Nombre de quien completó:

Grado: Profesor: mayo de 2011 Objetivos de aprendizaje:

1. Comprender la puesta a cero del amplificador operacional y los conceptos básicos de compensación de fase.

Días

2. Ser competente en el diseño de circuitos proporcionales inversores, circuitos proporcionales no fases, circuitos de suma y circuitos de resta.

3. Ser competente en métodos de diagnóstico de fallas y solución de problemas de circuitos amplificadores operacionales, así como métodos de medición de curvas características de transmisión y ganancia

1. El "ajuste a cero" de los amplificadores operacionales se refiere al funcionamiento de los amplificadores operacionales como amplificadores de CC, debido. Debido a la influencia del voltaje de entrada y la corriente de distorsión, cuando la entrada del amplificador operacional es cero, la salida no es cero, lo que no solo afecta la precisión del amplificador operacional, sino que también hace que el amplificador operacional no funcione correctamente. El ajuste a cero suele realizarse en la entrada del amplificador operacional. Agregue un voltaje de compensación al terminal para compensar el voltaje de compensación del propio amplificador operacional para lograr el ajuste a cero. Algunos amplificadores operacionales tienen cables de ajuste a cero, como el 741 utilizado en este experimento. El circuito de ajuste a cero es como se muestra en la siguiente figura. Ajuste el potenciómetro RW, el voltaje de salida del amplificador operacional se puede restablecer a cero. Algunos amplificadores operacionales no tienen un pin de ajuste a cero y se necesita un cierto voltaje de compensación. debe conectarse al terminal inversor o no inversor para lograr esto

Figura 1 Diagrama del circuito de ajuste a cero

2. Método de medición de la curva característica de transferencia de voltaje con un osciloscopio <. /p>

Figura 2 Método de medición de la curva característica de transferencia de voltaje

El modo X-Y del osciloscopio es la observación directa, que es la medición del voltaje a lo largo del tiempo. La señal cambiante (como la onda sinusoidal). , onda triangular, onda de diente de sierra) se agrega al canal X del osciloscopio en el extremo de entrada del circuito al mismo tiempo que la señal de salida del circuito se agrega al canal X del osciloscopio. se agrega al canal X del osciloscopio. En la pantalla, la señal de salida del circuito se agrega al canal X del osciloscopio. La señal de salida del circuito se agrega al canal Y del osciloscopio. del osciloscopio se utiliza para mostrar la curva característica de transferencia de voltaje completa en la pantalla y, al mismo tiempo, se pueden medir los parámetros relevantes. El método de medición se muestra en la Figura 2.

La medición específica. Los pasos son los siguientes:

(1) Seleccione un voltaje de señal de entrada razonable, que generalmente debe ser el mismo que el rango dinámico de entrada real del circuito. Además de afectar los resultados de la medición, puede dañar el. dispositivo; si es demasiado pequeño, no puede reflejar completamente las características de transmisión del circuito.

(2) Elija una frecuencia de señal de entrada demasiado alta causará varias frecuencias altas en el circuito. , si es demasiado bajo, la forma de onda mostrada parpadeará, lo que afectará la observación y la lectura. Generalmente, 50~500 Hz es suficiente.

(3) Seleccione el modo de acoplamiento de entrada del osciloscopio. Generalmente, el modo de acoplamiento de entrada se establece en CC. Lo que es fácil pasar por alto es que en el modo X-Y, el modo de acoplamiento del canal X es. Se configura activando el botón de acoplamiento. De manera similar, se debe configurar en CC.

(4) Seleccione el modo de visualización del osciloscopio cuando el osciloscopio esté configurado en el modo X-Y, para un osciloscopio analógico, gire la perilla de velocidad de escaneo en sentido contrario a las agujas del reloj hasta el final para ingresar al modo X-Y; osciloscopio, presione el botón "Pantalla", seleccione X-Y en el elemento del menú.

(5) Realice la calibración de origen. Para osciloscopios analógicos, conecte los dos canales a tierra. En este momento, debería poder ver un punto de luz. Ajuste la perilla de desplazamiento correspondiente para que el punto de luz esté. en el origen de las coordenadas; para los osciloscopios digitales, debería ver un punto de luz. En el osciloscopio, conecte el canal CH1 a tierra. En este momento se mostrará una línea vertical para ajustar la línea. con el eje Y, luego cambie CH1 al acoplamiento de CC y conecte a tierra el CH2. En este momento se mostrará una línea horizontal. Ajuste el desplazamiento correspondiente, ajuste la línea para que coincida con el eje Y, luego cambie CH1 al acoplamiento de CC. y CH2 a tierra. Luego cambie CH1 a acoplamiento de CC y conecte CH2 a tierra. Se mostrará una línea horizontal. Ajuste la perilla de desplazamiento correspondiente para que coincida con el eje X.

3. Método de medición de la ganancia de voltaje (factor de amplificación de voltaje A V)

La ganancia de voltaje es la relación entre el voltaje de salida del circuito y el voltaje de entrada, incluida la ganancia de voltaje de CC y la ganancia de voltaje de CA. En el experimento, la ganancia de voltaje CC del multímetro se utiliza generalmente para medir la ganancia de voltaje CC. Al medir, se debe prestar atención a los polos positivo y negativo de los cables de prueba.

Medición de la ganancia de voltaje de CA Bajo la condición de que la forma de onda de salida no esté distorsionada, use un milivoltímetro de CA u osciloscopio para medir el voltaje de entrada Vi (valor efectivo) o V im (valor pico) o V. ip-p (valor pico) y el voltaje de salida V o (valor efectivo) o V om (valor pico) o V op-p (valor pico a pico), y luego calcule el resultado. El diagrama de bloques de prueba se muestra en la figura, en la que se utiliza el osciloscopio para monitorear si la forma de onda de salida está distorsionada

.

Mida la ganancia de voltaje (amplificación de voltaje A V)

Pensamientos preliminares:

1. Diseñar un amplificador proporcional inversor, requisitos:

1: |AV|=10, Ri>10KΩ, registre el proceso de diseño en los materiales de vista previa (1) Diagrama esquemático

(2) Cálculo de selección de parámetros

Según el significado; de la pregunta, Make |AV|=10, Ri>10KΩ. )Diagrama esquemático

(2) Cálculo de selección de parámetros

Según el significado de la pregunta, |AV|=11, Ri> 100K Ω,

∴ 1+R F /R 1=11, R F /R 1=10 R i =R +R 2=R F //R 1+R 2=

1011

R 1+ R 2> 100k Ω

Tome R 1 = 110 KΩ, R 2 = 100 KΩ, R F = 1,1 MΩ, R =

1011

R 1 = 100 KΩ

3. Diseñar un circuito que satisfaga la relación aritmética VO = -2Vi1 + 3Vi2 (1) Diagrama esquemático

(2) Cálculo de selección de parámetros

V 0= ( 1+

R F R 1

)

R 3R 2 + R 3)

V i 2-

R F R 1

V i 1

La figura anterior muestra el circuito de operación diferencial,

R F R 1

= 2, ( 1+

R F R 1

R 3R 2+R 3

=3,

∴R 2=0

Ahora sea VO = -2Vi1 + 3Vi2, incluso si

R F R 1

=2, (1+

R F R 1

)

R 3R 2+R 3

=3,

∴R 2 = 0, R 3 puede tomar cualquier valor

Tome R 1 = 10 KΩ, R F = 20 KΩ, R 3 = 20 KΩ

Experimentos requeridos:

1. Experimento 1 en la página 23, el contenido específico es cambiado a:

(1) Figura 5-1 Cuando el voltaje de la fuente de alimentación es ±15 V, R 1 = 10 kΩ, R F = 100 kΩ, R L = 100 kΩ.

Conecte el circuito como se muestra en la figura, ingrese señales de CC V i a -2 V, -0,5 V, 0,5 V y 2 V respectivamente. Utilice un multímetro para medir los valores de V o correspondientes a diferentes V i, luego tabule A vf y compare. con el valor teórico. Vi se divide por resistencias

Análisis de resultados experimentales:

Cuando la entrada Vi es pequeña, se puede ver en los datos de la tabla que el valor de medición de Avf después de la amplificación del voltaje de circuito cerrado del amplificador operacional es el mismo que el valor teórico es casi el mismo y el error está dentro del 2%. Sin embargo, cuando se aumenta Vi, el valor medido de Avf difiere. muy lejos del valor teórico, alcanzando el 25%.

Esto se debe a que cuando (V +-V -) es grande, Avf (V +-V -)>U O PP =V C C =15V, por lo que el amplificador ya no funciona en la región lineal ideal, y el factor de amplificación La relación lineal ya no se cumple.

(2) Vi introduce una señal de CA sinusoidal de 0,2 V y 1 kHz, observa y registra las formas de onda de entrada y salida en un osciloscopio de doble traza,

mide la ganancia de voltaje de CA sin distorsión de la salida y se compara con el valor teórico. Tenga en cuenta que no es necesario conectar el circuito divisor de resistencia en este momento.

a) Visualización de traza dual de formas de onda de entrada y salida

b) Datos de medición experimental del circuito amplificador inversor de CA

Datos de medición experimental del circuito amplificador inversor de CA

Análisis de los resultados experimentales: a juzgar por la forma de onda de los resultados experimentales, casi no hay error entre el valor experimental y el valor teórico, lo que indica que el rendimiento del dispositivo es bueno.

(3) Introduzca una señal de CA sinusoidal con una frecuencia de señal de 1 kHz, aumente la amplitud de la señal de entrada y mida el valor máximo de voltaje de salida sin distorsión

.

Análisis de resultados experimentales:

En teoría, el voltaje de salida máximo sin distorsión es aproximadamente 1 ~ 2 V menor que el voltaje de la fuente de alimentación. Como se puede ver en los datos de medición de la tabla, cumple con los estándares.

(4) Utilice un osciloscopio para medir la curva característica de transmisión del circuito en modo X-Y y calcule la pendiente y el valor del punto de inflexión de la característica de transmisión. a) Curva característica de transmisión (marque la pendiente y el valor del punto de inflexión en la figura)

b) Análisis de resultados experimentales:

Se puede ver en la fórmula que el rango máximo de la señal de entrada del circuito es V ip - p =op -p ≈ (-1.5~1.5V)

|A vf |

, y la abscisa es consistente con el valor de ordenadas del punto de inflexión, que también satisface la condición máxima de no distorsión. El valor de ordenadas del punto de inflexión también satisface la condición máxima de no distorsión. La pendiente es la tasa de amplificación, y con K = 10 y el valor teórico 10, la pendiente se calcula casi sin error.

(5) Cambie el voltaje de la fuente de alimentación a 12 V, repita (3) y (4), y analice y compare los resultados experimentales.

V

b) Análisis de resultados experimentales:

Se puede ver en la tabla y la curva característica que después de cambiar el voltaje de la fuente de alimentación, el máximo sin distorsión voltaje de salida y voltaje de salida El alcance también ha cambiado.

Pero la señal de entrada todavía está dentro del rango operativo y las características de amplificación del amplificador no han cambiado.

2.

Página 24 Contenido 3-(2). El circuito diseñado satisface la relación aritmética VO=-2Vi1+3Vi2, en la que la señal de onda cuadrada es calibrada por el osciloscopio.

Obtenga, el osciloscopio analógico Vi1 es una señal de onda cuadrada de 1 KHz, 1 V, y el osciloscopio digital Vi1 es una señal de onda cuadrada de 1 KHz, 5 V. Dibuje el diagrama de forma de onda para compararlo con el valor teórico. . Comparar con valores teóricos. Luego ajuste lentamente la amplitud de las señales de entrada V i1 y V i2, observe las formas de onda de los terminales inversor y no inversor del amplificador operacional V - y V +, comprenda las condiciones para la existencia de un "falso cortocircuito" y hacer una explicación. Si la forma de onda es inestable durante el experimento, se puede ajustar la frecuencia de Vi2. a) Visualización de traza dual de formas de onda de entrada y salida

Usando un osciloscopio digital, Vi1 es una señal de onda cuadrada de 1 KHz, 5 V y Vi2 es una señal de onda sinusoidal de 5 KHz, 0,1 V.

b) Análisis de los resultados experimentales:

Ingrese la onda sinusoidal y la onda cuadrada al mismo tiempo. El amplificador amplifica la onda sinusoidal en el otro lado. La forma de onda superpuesta es como se muestra en. la figura. Aumente la amplitud de la señal sinusoidal de entrada y aumentará la amplitud correspondiente de la señal sinusoidal de salida. Aumentar la señal de onda cuadrada aumentará la amplitud de la señal de onda cuadrada de salida.

El concepto de cortocircuito virtual: dado que la ganancia de voltaje en modo diferencial de bucle abierto de un amplificador operacional ideal es infinita, cuando el voltaje de salida es limitado, el voltaje de entrada en modo diferencial V - V + = 0/A V = 0, es decir V - = V +.

Cuando el amplificador operacional es un amplificador ideal de retroalimentación negativa profunda, la señal de salida es limitada, satisface la condición de falso cortocircuito y las formas de onda de V - y V + son las mismas.

Las formas de onda de medición del terminal inversor y del terminal no inversor V - y V + son las siguientes:

Cinco: Preguntas experimentales

1. ¿Cuáles son las características de un amplificador operacional ideal? ?

Respuesta: La ganancia de bucle abierto es infinita; la impedancia de entrada es infinita; la impedancia de salida es cero; el ancho de banda de bucle abierto es infinito

El desplazamiento y su deriva de temperatura; son cero; **** La tasa de rechazo de modo es infinita;

2. Cuando se utiliza un amplificador operacional como circuito informático analógico, ¿siempre se encuentran "falsos cortocircuitos" y "falsos circuitos abiertos"? Por favor, dígame, ¿bajo qué condiciones ya no existirán el "falso corto" y la "falsa ruptura"?

Respuesta: No para siempre. Cuando el amplificador no funciona en la región lineal, por ejemplo, no hay retroalimentación negativa en el extremo de salida y en el extremo inversor, o cuando el valor A od ≠∞, (V +-V -) es relativamente grande y excede V C C, No se producirán fenómenos de interrupción falsa y corta.