3. Бутыркин П.А., Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В. lab VIEW: Практикум по электронике и микропроцессорной технике. ДМК. - М: 2005.-182 c.
4. Бутыркин П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: Компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе lab VIEW 7. ДМК. / П.А. Бутыркин, Т.А. Васьковская, Т.В. Материкин. - М: 2005. – 280 с.
5. Долгов А.Н., Яковлев А.А. Преобразования сигналов с помощью устройств на базе операционных усилителей. Методические указания к лабораторным работам. – Н.Новгород, 2006 . – 22 с.
Приложение
Примеры оформления отчета о лабораторной работе
Министерство образования и науки России
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский Государственный Технический Университет им Р.Е. Алексеева
Арзамасский Политехнический Институт (филиал)
ОТЧЕТ
о выполнении лабораторной работы №1
«Исследование работы дифференциатора напряжения»
по дисциплине “Аналоговые измерительные устройства”
Выполнила студентка группы АСП 07-1
Хрисанова М.
Проверил преподаватель
Яковлев А.А.
Арзамас 2011
Цель работы:
1. Ознакомление с характеристиками операционного усилителя (ОУ).
2. Ознакомление с принципами построения схем преобразования аналоговых сигналов ОУ.
3. Исследование усилителей на базе ОУ.
4. Исследование схемы дифференцирования аналоговых сигналов.
Краткие сведения из теории
Операционный усилитель – полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления напряжения и выполнения различных операций по преобразованию аналоговых сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и др.
Типовой операционный усилитель представляет собой дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления (до 2000000).
E(п+)
Условное обозначение операционного усилителя представлено на рисунке 1
U(вых)
E(п-)
U(-)
U(+)
Рисунок 1
Для управления работой усилителя применяют обратную связь. При отрицательной обратной связи (ООС), когда сигнал с выхода усилителя приходит на вход в противофазе (то есть подается на инвертирующий вход), происходит уменьшение коэффициента передачи ОУ до (10÷1000). При положительной обратной связи (ПОС) ОУ может перейти в режим генерирования колебаний, т.е. становится автогенератором.
Схема дифференциатора собранного на базе операционного усилителя представлена на рисунке 2.
iос
Uвых
E(п-)
E(п-)
Rос
i1
Uвх
С1
Рисунок 2
Если на вход системы подано напряжение Uвх, то оно практически полностью приложено к конденсатору, так как схема ОУ устроена так, что потенциалы прямого и инвертирующего входов совпадают.
В результате через конденсатор протекает ток, равный:
. (1)
Так как входное сопротивление ОУ велико и входной ток можно считать равным нулю, то весь ток конденсатора будет протекать через резистор Rос:
. (2)
Выходной сигнал будет равен:
. (3)
Выражение (3) показывает, что выходное напряжение пропорционально скорости изменения входного сигнала.
Описание лабораторной установки
В составе лабораторной установки использованы:
1. Базовый лабораторный стенд.
2. Универсальный ОУ.
3. Стабилизаторы напряжения.
4. Набор резисторов.
5. Набор конденсаторов.
6. Соединительные провода.
Порядок выполнения работы
1. Получить задание.
2. Собрать схему по заданию.
3. Провести измерения входного сигнала.
4. Вычислить теоретически необходимые величины.
5. Данные измерений и результаты вычислений занести в таблицу, а полученный график в отчет.
в) амплитуду сигнала на выходе выбираем так, чтобы величина сигнала на выходе не имела искажений и была удобна для наблюдений и измерений.
Провели измерения для пяти амплитудных значений входного сигнала и полученные результаты занесли в таблицу 1
3. Изображение выходного сигнала для одного из измерений приведено на рис. 4.
T
Uвых
Uвх
Uвх m
U, В
t, c
Рисунок 4
4. Определим скорость изменения экспериментального входного сигнала для различных Um:
. (4)
По заданным параметрам схемы (рис.3), величине теоретической скорости изменения входного сигнала определим амплитуду выходного сигнала:
, (5)
где . (6)
Относительная погрешность:
(7)
5. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу 1.
Таблица 1
№ изм
Uвх m, В
Uвых min, В
Uвых max, В
T, мс
VЭ, В/с
U Твых, В
δ, %
0,098
-2,31
2,31
78,4
2,35
2,21
0,198
-4,67
4,64
158,4
4,75
2,35
0,296
-7,10
6,79
236,8
7,10
4,42
0,394
-7,94
8,15
315,2
9,46
13,28
0,495
-7,96
8,21
396,0
11,88
30,89
ВЫВОД.
В результате проведенного эксперимента видим, что дифференциатор дает минимальные погрешности при минимальных напряжениях. При дальнейшем увеличении напряжения, погрешность резко возрастает.
Министерство образования и науки России
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский Государственный Технический Университет им Р.Е. Алексеева
Арзамасский Политехнический Институт (филиал)
ОТЧЕТ
о выполнении лабораторной работы №1
«Исследование работы интегратора напряжения»
по дисциплине “Аналоговые измерительные устройства”
Выполнил студент группы АСП 07-1
Гайнов С.И.
Проверил преподаватель
Яковлев А.А.
Арзамас 2011
Цель работы:
1. Ознакомление с характеристиками операционного усилителя (ОУ).
2. Ознакомление с принципами построения схем преобразования аналоговых сигналов ОУ.
3. Исследование усилителей на базе ОУ.
4. Исследование схемы интегрирования аналоговых сигналов.
Краткие сведения из теории
Операционный усилитель – полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления напряжения и выполнения различных операций по преобразованию аналоговых сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и др.
Типовой операционный усилитель представляет собой дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления (до 2000000).
Условное обозначение операционного усилителя представлено на рисунке 1.
E(п+)
E(п-)
U(вых)
U(-)
U(+)
Рисунок 1
Для управления работой усилителя применяют обратную связь. При отрицательной обратной связи (ООС), когда сигнал с выхода усилителя приходит на вход в противофазе (то есть подается на инвертирующий вход), происходит уменьшение коэффициента передачи ОУ до (10÷1000). При положительной обратной связи (ПОС) ОУ может перейти в режим генерирования колебаний, т.е. становится автогенератором.
Схема интегратора собранного на базе операционного усилителя представлена на рисунке 2.
В данном случае заряд на конденсаторе Q и ток через него iос равны:
; (1)
. (2)
С учетом этих соотношений будем иметь для идеального ОУ:
; (3)
отсюда
. (4)
Сос
R1
E(п+)
iвх
iос
E(п-)
U(вых)
U(вх)
Рисунок 2
Проинтегрировав, получим:
, (5)
где T-время интегрирования.
Если входное напряжение постоянно, то получим уравнение представляющее собой уравнение прямой:
. (6)
Описание лабораторной установки
В составе лабораторной установки использованы:
1. Базовый лабораторный стенд.
2. Универсальный ОУ.
3. Стабилизаторы напряжения.
4. Набор резисторов.
5. Набор конденсаторов.
6. Соединительные провода.
Порядок выполнения работы
1. Получить задание.
2. Собрать схему по заданию.
3. Провести измерения входного сигнала.
4. Вычислить теоретически необходимые величины.
5. Данные измерений и результаты вычислений занести в таблицу, а полученный график в отчет.
в) амплитуду сигнала на выходе выбираем так, чтобы величина сигнала на выходе не имела искажений и была удобна для наблюдений и измерений.
Провели измерения для пяти амплитудных значений входного сигнала и полученные результаты занесли в таблицу 1.
3. Изображение выходного сигнала для одного из измерений приведено на рисунке 4.
T
Uвх
Uвых
U, В
t, c
Рисунок 4
4. Используя изображение выходного сигнала на экране осциллографа, определим для разных значений Uвх следующие параметры:
Uвых max ; Uвых min ; ∆Uвых= Umax- Umin , (7)
Экспериментальная скорость изменения выходного сигнала
(8)
Теоретическая скорость изменения выходного сигнала
. (9)
Относительная погрешность
(10)
5. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу 1.
Таблица 1
№ изм
Uвх, В
Uвых min, В
Uвых max, В
ΔUвых, В
T, мс
VЭ, В/с
VТ, В/с
δ, %
0,42
-3,33
3,56
6,89
1,57
0,34
-2,63
2,95
5,58
1,53
0,26
-2,05
2,29
4,34
0,15
0,18
-1,38
1,63
3,01
0,33
0,09
-0,62
0,85
1,47
2,00
ВЫВОД.
В результате проведенного эксперимента видим, что интегратор дает минимальные погрешности при средних напряжениях. При напряжении, близком к максимуму (напряжение питания операционного усилителя) погрешность резко возрастает.
. (1)
. (2)
. (3)
. (4)
, (5)
. (6)
(7)
; (1)
. (2)
; (3)
. (4)
, (5)
. (6)
(8)
. (9)
(10)