Лабораторная №3 Исследование интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя

Лабораторная работа

Схемотехника телекоммуникационных устройств (СТУ) (часть 2)

Исследование интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя

Остальные Лр находятся:

• Лабораторная работа № 1 Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе
• Лабораторная работа № 2 Исследование резисторного каскада широкополосного усилителя на полевом транзисторе

Цель работы: Исследовать свойства и характеристики схем интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя (ОУ).

1. Принципиальные схемы

   Интегратором называется устройство, выходное напряжение которого пропорционально площади под кривой входного сигнала.

Рис. 1 – Принципиальная схема исследования

интегратора.

Схема содержит входной резистор R1 и конденсатор С1, включенный в цепь обратной связи ОУ (А1).

Учитывая большой собственный коэффициент усиления ОУ и глубокую отрицательную обратную связь, дифференциальное напряжение между инвертирующим и неинвертирующем входами (Uд = Uвых / К) близко к нулю. Таким образом, напряжение на инвертирующем входе близко к напряжению нулевого потенциала, то есть является “виртуальной землей”. В результате входной ток определяется только входным напряжением и резистором R1. Вследствие большого входного сопротивления ОУ практически весь входной ток протекает через конденсатор С1, заряжая его. При этом реализуется операция интегрированиия.

Таким образом, для идеального интегратора:   i = i (1),   где:

(2)

Путем подставления (2) в (1) и выражения Uвых, получаем выражение для выходного напряжения во временной области.

, (3)

где Т – интервал интегрирования. Величина T1 = R1× C1 называется постоянной времени интегратора, определяющей скорость заряда емкости.

Для уменьшения ошибок интегрирования сигналов низких частот (в том числе сигналов постоянного тока), параллельно конденсатору подключают электронный ключ для периодического разряда емкости.

Интегрируя сигналы переменного тока параллельно конденсатору С1 подключаем резистор обратной связи R2. Резистор R3 выступает в качестве нагрузки.

Дифференциатор – это устройство, выходное напряжение которого пропорционально скорости изменения сигнала на входе.

Рис. 2 – Схема дифференциатора

Дифференциатор состоит из резистора R1, конденсатора С1 и ОУ (А1). Изменения входного напряжения вызывают протекание тока через конденсатор С1. За счет большого внутреннего коэффициента усиления ОУ и глубокой обратной связи, его инвертирующий вход оказывается виртуальной землей, поэтому выходное напряжение ОУ оказывается пропорциональным скорости изменения входного напряжения.

Таким образом, для идеального дифференциатора:

i = i. (3.4)

При этом:    (4)

Подставляя (4) в (3) и выражая Uвых, получим выражение для выходного напряжения во временной области.

. (5)

Для улучшения работы дифференциатора в схему вводят корректирующие элементы (R2). Резистор R2 подключается с помощью ключа S1. Резистор R3 выступает в качестве нагрузки.