Состав лабораторного стенда и измерительные приборы

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»

 

 

Кафедра «Телекоммуникационные системы»

 

Лабораторная работа № 3

по дисциплине «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций»

 

Исследование характеристик операционного усилителя

 

 

Москва 2016

 

Оглавление

1. Цель работы.. 2

2. Краткие теоретические сведения. 2

3. Состав лабораторного стенда и измерительные приборы.. 4

4. Методика выполнения работы.. 7

5. Требования к отчету по лабораторной работе. 8

6. Рекомендуемая литература. 9

 

Цель работы –

ознакомление с основными свойствами, параметрами, схемами включения операционного усилителя;

совершенствование навыков в обращении с аналоговыми ИС и экспериментальной проверки электрических параметров и характеристик.

Краткие теоретические сведения

 

Операционный усилитель (ОУ) – это усилитель напряжения, имеющий большой коэффициент усиления, высокое входное сопротивление, малое выходное сопротивление. В настоящее время ОУ выпускают в виде интегральных микросхем. Такие микросхемы содержат большое количество диодов и транзисторов, но по стоимости производства и размерам очень близки к отдельным транзисторам.

Характерные параметры интегрального ОУ:

· R_вх > 100 кОм

· R_вых < 100 Ом

· K_U = 10⁴-10⁶ (для линейного режима)

На основе ОУ возможна реализация линейных и нелинейных устройств. Условное обозначение ОУ показано на рис.1а. ОУ в интегральном виде имеет дифференциальный вход. Инвертирующий вход показан знаком "-", а неинвертирующий - "+".

а)                                                              б)

 

Рисунок 1 – а) условное обозначение ОУ

б) передаточная характеристика ОУ

 

Зависимость выходного напряжения ОУ от входного U _вых = f ( U_d ) называют передаточной характеристикой ОУ. Она показана на рис.1б.

Передаточная характеристика имеет три зоны - две области насыщения и одну линейную зону. В линейной области ОУ ведет себя как усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления. Т.к. напряжение на выходе ОУ не может превышать напряжение питания, входное напряжение U_d, которое соответствует линейному режиму, не превышает долей мВ. Поэтому ОУ может работать в линейном режиме только при наличии отрицательной обратной связи. Для работы в линейном режиме часть выходного напряжения с помощью внешней цепи должна подаваться на инвертирующий вход ОУ.

Операционный усилитель, работающий в режиме насыщения, описывается следующими уравнениями:

                                                                         (1)

Основное отличие от линейного режима заключается в том, что дифференциальное напряжение Ud отличается от нуля, а выходное напряжение не зависит от величины Ud и равно напряжению насыщения. Полярность выходного напряжения определяется полярностью дифференциального напряжения.

Уравнениям соответствует схема замещения, показанная на рис.2. Выходную цепь ОУ моделирует независимый источник напряжения. Полярность этого источника определяется полярностью напряжения Ud.

 

Рисунок 2 - Схема замещения

Состав лабораторного стенда и измерительные приборы

 

В состав лабораторного стенда входят:

1. Сменный блок «Электронная техника» (рис.3), состоящий из наборного поля, которое используется в качестве контактной сети для установки панелей с необходимыми электронными элементами и двух источников питания, выходные контакты которых не связаны с общим проводом Е1 – 10 В и Е2 – 20 В. Таким образом, эти источники могут использоваться как «положительные», так и «отрицательные».

Рисунок 3 – Лабораторный стенд

2. Набор контактных панелей, в качестве которых в данной работе применяется: четырехконтактные панели с установленными на них операционными усилителями с дополнительными сопротивлениями R₁ и R₃ во входных цепях и R₂ в цепи обратной связи (см. рис. 4), а также операционными усилителями, установленными на печатных платах, которые соединяются со сменным блоком проводами со штекерами (см. рис.5).

 

Рис. 4 – Схема контактной панели с операционным усилителем.

A, B, C, D – контактные панели, R1 = 270 Ом, R2 = 290 кОм, R3 = 100 кОм.

Цифрами 2, 3, 4, 6, 7 обозначены выводы м/сх ОУ.

 

 

 

Рис.5 Схема печатной платы с ОУ

 

Основные параметры операционных усилителей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные параметры операционных усилителей

Параметры К140УД6	Значения
Номинальное напряжение питания	(±5) ÷ (±15) В
Максимальное выходное напряжение при Uп = ± 15 В	≥ ±10 В
Напряжение смещения нуля при  Uп = ± 15 В, Uвых = ± 0,02 В	≤ 30 мВ
Ток потребления при Uп = ± 15 В, Uвых = ± 0,02 В	≤ 2,8 мА
Коэффициент усиления напряжения при Uп = ± 15 В, Uвых = ± 4 В, Rн = 2 кОм	~ 50 000
Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений при Uп = ± 15 В, Uвых = ± 0,02 В, Uвх = 5 В	≥ 70 дБ
Коэффициент влияния нестабильности источников питания на напряжение смещения нуля при Uп = ± 15 В, Uвых = ± 0,02 В.	≤ 300 мкВ/В
Средний температурный дрейф напряжения смещения нуля при Uп = ± 15 В, Uвых = ± 0,02 В.	≤ 50 мкВ/ ° C
Частота единичного усиления при Uп = ± 15 В, Uвых = ± 0,02 В	≥ 10 МГц
Входное сопротивление	≥ 2 · 106 Ом

 

3.  Формирование схем на наборном поле осуществляется набором перемычек различной длины.

4. В качестве измерительных приборов используются: мультиметр UT60F, генератор стандартных сигналов FG710F и осциллограф CDSO1002A.

 

Примечание: мультиметр UT60F при измерении переменных напряжений может использоваться до частот ~ 20 кГц.

Методика выполнения работы

 

3.1 Зависимость АЧХ усилителя от коэффициента усиления измеряется для неинверсного включения операционного усилителя. Сигнал с генератора стандартного сигнала (ГСС) подается на вход (+), который при этом должен быть заземлен сопротивлением такой величины, чтобы исключить шунтирование ГСС. АЧХ усилителя измеряется по трем уровням: -3 дБ, -6 дБ и -10 дБ, что позволяет с большей достоверностью выявить зависимость , где K – коэффициент усиления ОУ с учётом обратной связи.

Для варианта схемы на рис.4 следует изменять глубину ОС изменением сопротивления R1, добавляя дополнительные сопротивления на наборном поле.

Для варианта схемы на рис.5 можно изменять оба сопротивления в цепи ОС. Диапазон изменения K должен быть в пределах 5÷1000.

Результаты измерений АЧХ удобно представить таблицей (K менять с дискретом ~ 10 дБ).

 

Таблица 2 – Пример представления результатов измерений

K = 5			K = 15			K = …
Δf -3дБ	Δf -6дБ	Δf -10дБ	Δf -3дБ	Δf -6дБ	Δf -10дБ	Δf -3дБ	Δf -6дБ	Δf -10дБ
…	…	…	…	…	…	…	…	…

 

При измерении АЧХ усилителя необходимо следить за линейностью амплитудной характеристики, выбирая уровень входного сигнала таким, чтобы A _{вых. max} < A _огр и A _{вых. min} >> U _ш.вых, где A _вых – амплитуда сигнала на выходе, A _огр - уровеньограничения сигнала на выходе, U _ш.вых – уровень шума на выходеусилителя. Обычно, при измерениях берется запас ~ 6 дБ, т.е. A _{вых. max} 1/2A _огр.

 

3.2 Измерение входного сопротивления операционного усилителя по инверсному входу проводится в диапазоне частот 1÷15 кГц при расчетном значении коэффициента усиления ~ 200, при этом R₂ (100÷300) кОм. Измеряя входной ток по инверсному входу и амплитуду переменного сигнала на выводе «2» получим , где , - амплитуда сигнала на выходе «2» операционного усилителя, ( ) – падение напряжения на сопротивлении R ₁, входящему в цепь отрицательной обратной связи. Измеряя R _вх в заданном диапазоне частот получим зависимость . Рекомендуется заполнить следующую таблицу:

 

Таблица 3 – Пример представления результатов измерений

F = 1 кГц, K =	F = 3 кГц, K =	F = 6 кГц, K =	F = 12 кГц, K =
Uвх = U2 = Iвх =	Uвх = U2 = Iвх =	Uвх = U2 = Iвх =	Uвх = U2 = Iвх =
Rвх =	Rвх =	Rвх =	Rвх =

 

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 370; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!