Исследование схем на операционных усилителях с помощью среды моделирования NI Multisim

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОНИКА И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ С ПОМОЩЬЮ СРЕДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ NI MULTISIM

Выполнил:

Студент ВУИ-311

Меснянкин А.С.

Проверил:

Стряпкин Л.И.

Москва

2016



Введение

Программный продукт Multisim, разработанный компанией National Instruments, позволяет осуществлять моделирование электрических и электронных схем, построенных с использованием полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Программа имеет удобный графический интерфейс, позволяющий имитировать сборку принципиальной схемы на «рабочем столе». Моделирование работы схем производится методами теории цепей с использованием математических моделей реально существующих электронных компонентов.

Целью курсового проекта является ознакомление и освоение среды Multisim в объёме, необходимом для выполнения лабораторных работ, приведённых в разделе - задание на курсовой проект.



Задание на курсовой проект

1. Лабораторная работа №1. Исследовать работу неинвертирующего включения операционного усилителя. (Вариант - 1)

2. Лабораторная работа №2. Исследовать работу инвертирующего включения операционного усилителя. (Вариант - 7)

3. Лабораторная работа №3. Имитационное моделирование схем мультивибраторов на ОУ, получение осциллограмм напряжений на конденсаторе Uс и на выходе Uвых, определение параметров сигналов, сравнение с расчётными значениями. (Вариант - 7)



Лабораторная работа №1

Данные:

R1=1 кОм

R2=10кОм (Вариант 1), R2=25кОм (Вариант 2)

Rн=1 кОм

Uпит=

DA1 - Операционный усилитель AD704AN

Частота f= 500Гц

=0,8мВ

Принципиальная схема для снятия передаточной характеристики (Вариант 1) multisim усилитель мультивибратор моделирование

Передаточная характеристика усилителя (Вариант 1)

Коэффициент усиления по напряжению:



Ку =

Ку = = 11,0019;

Схема для снятия осциллограммы (Вариант 1)

Осциллограмма (Вариант 1)

Ку==11,411;

Коэффициент усиления по формуле:

Ку=1+;

Ку=1+=11.

Принципиальная схема для снятия передаточной характеристики (Вариант 2)

Передаточная характеристика усилителя (Вариант 2)

Коэффициент усиления по напряжению:

Ку =

Ку = = 26,008;



Схема для снятия осциллограммы (Вариант 2)

Осциллограмма (Вариант 2)

Ку==26,95;

Коэффициент усиления по формуле:

Ку=1+;

Ку=1+=26.

Выводы:

В данной работе была собрана схема для моделирования, была снята передаточная характеристика усилителя, получены осциллограммы входного и выходного сигналов для линейного режима работы усилителя при синусоидальном входном сигнале. Коэффициент усиления напряжение был определен по передаточной характеристике, по осциллограммам и по формуле и равен в 1 варианте 11,0019; во 2 варианте 26,008.



Лабораторная работа №2

Данные:

R1=2 кОм; R2=70кОм (Вариант 1), R2=175кОм (Вариант 2)

Rн=1 кОм; Uпит= ±12В; DA1 - Операционный усилитель AD704AN

Частота f= 600Гц; =0,9мВ

Принципиальная схема для снятия передаточной характеристики (Вариант 1)

Передаточная характеристика усилителя (Вариант 1)

Коэффициент усиления по напряжению:

Ку =

Ку = = 35,02;

Схема для снятия осциллограммы (Вариант 1)

Осциллограмма (Вариант 1)

Ку==36,09;

Коэффициент усиления по формуле:

Ку=1+;

Ку=1+=36.

Анализ спектра сигналов (Вариант 1)



Исследование нелинейных искажений (Вариант 1)

Принципиальная схема для снятия передаточной характеристики (Вариант 2)

Передаточная характеристика усилителя (Вариант 2)

Коэффициент усиления по напряжению:



Ку =

Ку == 87,528;

Схема для снятия осциллограммы (Вариант 2)

Осциллограмма (Вариант 2)

Ку==82,61;

Коэффициент усиления по формуле:

Ку=1+;

Ку=1+=88,5.

Анализ спектра сигналов (Вариант 2)

Исследование нелинейных искажений (Вариант 2)



Выводы:

В данной работе мы изучили схему включения, передаточные характеристики, осциллограммы сигналов на входе и выходе, спектр сигналов и нелинейные искажения инвертирующего усилителя. Коэффициент усиления равен в 1 варианте 36; во 2 варианте 87,528



Лабораторная работа №3

Данные:

R=70кОм (Вариант 1), R=525кОм (Вариант 2)

R1=1 кОм

R2=75 кОм

R3=300 кОм

R4=150 кОм

R5=1 кОм

Uпит= ±12В

DA1 - Операционный усилитель AD704AN

VD1, VD2, VD3 - Любые кремниевые диоды

С=2мкФ

Схема мультивибратора для снятия осциллограммы Рис. 18 (Вариант 1)



Осциллограмма (Вариант 1)

Определение частоты и амплитуды выходного сигнала (Вариант 1)

?==127.8 Гц

A = |T2-T1|= 22.469 V

Определение порогов срабатывания компаратора по осциллограммам и по формуле (Вариант 1)

Uотп = Uср = 148,520mV

Uмакс = 11,240В

По формуле:

Uотп = Uср = Uмакс•R1/(R1+R2 ) = 11,240В•1кОм/(1кОм+75кОм) = 0,148В = 148mV

Определение длительности импульса по осциллограмме и формуле (Вариант 1)

-t_и-= 4.171 мс

По формуле:

t_и = ф•ln ((Uмакс+Uср)/(Uмакс+Uотп )), где ф = R•C- постоянная времени заряда конденсатора.

ф = R•C = 70кОм*2мкФ = 140мс;

t_и = 140мс*ln ((11,240В +0,14852В)/(11,240В-0,14852В))=3,7мс

Анализ спектра сигналов (Вариант 1)



Схема мультивибратора для снятия осциллограммы Рис. 18 (Вариант 2)

Осциллограмма (Вариант 2)

Определение частоты и амплитуды выходного сигнала (Вариант 2)

?==18.16 Гц

A = |T2-T1|= 22.550V

Определение порогов срабатывания компаратора по осциллограммам и по формуле (Вариант 2)

Uотп = Uср = 145,397mV

Uмакс = 11,274В

По формуле:

Uотп=Uср=Uмакс•R1/(R1+R2) = 11,274В•1кОм/(1кОм+75кОм)=0,148В=148mV

Определение длительности импульса по осциллограмме и формуле (Вариант 2)

-t_и-= 28.457 мс

По формуле:

t_и = ф•ln ((Uмакс+Uср)/(Uмакс+Uотп )), где ф = R•C- постоянная времени заряда конденсатора.

ф = R•C = 525кОм*2мкФ = 1050мс;

t_и = 1050мс*ln ((11,274В +0,145397В)/(11,274В-0,145397В))=27,08мс

Анализ спектра сигналов (Вариант 2)



Схема мультивибратора для снятия осциллограммы

Осциллограмма



Схема мультивибратора для снятия осциллограммы (Рис. 20)

Осциллограмма 1 (Рис. 20)

T = 21.210 мс



Осциллограмма 2

13.165 мс

Определение скважности выходного сигнала.

S = - скважность, т.е. отношение периода следования (повторения) импульсного сигнала к длительности импульса.

S = = 1, 611

Анализ спектра сигналов

Выводы:

В данной работе мы выполнили имитационное моделирование схем мультивибраторов на ОУ, получили осциллограммы напряжений на конденсаторе Uс и на выходе Uвых, определили параметры сигналов. Пороги срабатывания компаратора Вариант 1 - по осциллограмме 148.520mV по формуле 148mV и Вариант 2 - 145.397mV, 148mV соответственно. Длительность импульса Вариант 1 - графически 4.171 по формуле 3.7ms, Вариант 2 - графически 28,457 по формуле 27,08 ms.



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта проведена, как практическая, так и теоретическая работа, в результате которой:

1. Были закреплены познания в отношении работу инвертирующего и неинвертирующего включения операционного усилителя.

2. Было изучено имитационное моделирование схем мультивибраторов на операционных усилителях.

3. Освоили среду Multisim в объёме, необходимом для выполнения лабораторных работ. В частности осуществили сборку схем, снятие осциллограмм и вольт-амперных и передаточных характеристик, а так же провели гармонический анализ сигналов (быстрое преобразование Фурье) с помощью функции «Fourier analysis».



Список использованной литературы

1. Клепцов М.Я., Стряпкин Л.И. Имитационное моделирование электронных устройств на микросхемах: Методические указания к лабораторным работам. - М.: МИИТ, 2015. - 32 с.

Размещено на Allbest.ru

...