ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Министерство образования и науки Российской Федерации

Севастопольский государственный университет

исследование операционного усилителя

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Электроника»

для студентов дневной и заочной формы обучения

направления подготовки № 27.03.04 –

"Управление в технических системах»

по профилю № 27.03.04

"Управление и информатика в технических системах»

Севастополь

2017

УДК 681.5

Исследование операционного усилителя.

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Электроника» /сост. А.Е. Осадченко – Севастополь: Издательство СевГУ, 2017. - 24 с.

Методические указания предназначены для студентов дневной и заочной формы обучения направления подготовки № 27.03.04 – «Управление в технических системах» по профилю № 27.03.04 «Управление и информатика в технических системах»

Методические указания рассмотрены и утверждены

(протокол № 2017 г.)

Допущено учебно-методическим центром СевГУ в качестве методических указаний.

Содержание

1. Цель работы... 3

2. Краткие теоретические сведения.. 3

2.1 ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ. 3

2.2 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ.. 4

2.3 ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ.. 5

2.4 ПАРАМЕТРЫ РЕЛЬНЫХ ОУ.. 7

2.5 АМПЛИТУДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОУ.. 7

2.6 ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОУ.. 9

2.7 ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОУ.. 10

3. техническиЕ средствА ДЛЯ выполнения работы. 11

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.. 11

4. 2 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ 11

4. 2 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ 14

4. 3 ИССЛЕДОВАНИЕ АЧХ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ.. 17

5. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.. 22

6. Содержание отчета о выполнении лабораторной работы... 23

7. Порядок защиты работы... 23

8. Контрольные вопросы... 23

Библиографический список.. 23

приложение а.. 24

Цель работы

Исследование характеристик операционного усилителей с отрицательной обратной связью.

Краткие теоретические сведения

ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Операционный усилитель (ОУ; англ. operational amplifier, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом, имеющий высокий коэффициент усиления. В настоящее время ОУ широко применяются в виде отдельных чипов и функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. На основе ОУ можно построить различные электронные узлы, характеристики которых определяются в основном цепями обратной связи. Такая особенность ОУ существенно упрощает проектирование электронных схем. Обозначение ОУ на схемах показано на рис. 1

Рис. 1. – Обозначение ОУ на схемах

На рис.1 с левой стороны инвертирующий (сверху) и неинвертирующий входы. С правой стороны - выход (сверху), выводы коррекции(NC), выводы питания (Uп+, Uп-). Часто на схемах можно встретить другие обозначения показанные на рис 2.

Рис. 2 . – Различные способы обозначения ОУ на схемах

Операционный усилитель изначально был спроектирован для выполнения математических операций (отсюда его название), путём использования напряжения как аналоговой величины. Такой подход лежит в основе аналоговых компьютеров, в которых ОУ использовались для моделирования базовых математических операций (сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т. д.).

Первый интегральный ОУ был спроектирован инженером фирмы «Fairchild Semiconductor» Робертом Видларом в 1963 году, для военных применений. В 1968 году фирма «Fairchild Semiconductor» выпустила недорогой ОУ μA741 со встроенной частотной коррекцией. Многие производители до сих пор выпускают версии этого чипа. Позднее были разработаны ОУ на полевых транзисторах с P-N переходом и с изолированным затвором, что улучшило их характеристики.

Операционный усилитель считается наиболее часто встречающимся элементом в аналоговой схемотехнике. Добавление нескольких внешних компонентов к ОУ позволяет построить различные схемы обработки аналоговых сигналов.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Эквивалентная схема ОУ в которой смоделированы некоторые параметры представлена на рис.3

Рис. 3 . – Эквивалентная схема ОУ

Идеальный операционный усилитель имеет следующие свойства:

- коэффициент усиления ;

- входное сопротивление (ток от U+ к U- не течёт);

- выходное сопротивление (выходное напряжение не изменяется при изменении выходного тока );

- диапазон выходных напряжений равен бесконечности;

- нулевой входной ток (нет токов утечки и токов смещения);

- нулевое напряжение смещения( когда U+ = U-, то на выходе );

- зависит только от (подавление синфазного сигнала);

- параметры ОУ не зависят от изменения напряжений источников питания;

- бесконечно широкая полоса пропускания (амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики является идеально плоскими с нулевым фазовым сдвигом);

- скорость изменения выходного напряжения не ограничена (напряжение и ток не ограничены на всех частотах).

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ

Обратной связью называют процесс передачи сигнала из выходной цепи во входную. Цепь, обеспечивающую эту передачу, называют цепью обратной связи. Петля, или контур обратной связи, состоит из прямого пути, образуемого активным элементом, и обратного пути, образуемого цепью обратной связи. На рис 4. представлена схема ОУ с цепью обратной связи в виде делителя напряжения.

Рис. 4 . – Схема усилителя с цепью обратной связи

Если принять, что выходное сопротивление , входное сопротивление , , то напряжение обратной связи

, где - коэффициент передачи цепи обратной связи.

(1)

Напряжение на входе усилителя

. (2)

Так как напряжение обратной связи вычитается из входного, то такая связь является отрицательной.

Принимая , где - коэффициент усиления ОУ из (2) получаем

, (3)

. (4)

Из формулы (4) следует, что коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью (рис. 3 ) равен

. (5)

Знаменатель в формуле (5) показывает глубину обратной связи, а произведение называют коэффициентом петлевого усиления. Если , то такая

обратная связь называется глубокой. В этом случае , а

. (6)

Из (6) следует, что в случае глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления определяется цепью обратной связи и практически не зависит от параметров самого усилителя.

На рис. 5 представлена схема усилителя с отрицательной обратной связью, в которой входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ, а неинвертирующий вход присоединен к общему проводу. Для случая глубокой отрицательной обратной связи , следовательно напряжение в точке А будет .

Рис. 5 . – Инвертирующий ОУ с отрицательной обратной связью

Принимая входной ток ОУ равным нулю, по закону Кирхгоффа следовательно и

(7)

Знак минус в формуле (7) показывает, что схема на рис. 5 является инвертирующим усилителем напряжения с коэффициентом

. (8)

ПАРАМЕТРЫ РЕЛЬНЫХ ОУ

Современные ОУ выпускаемые ведущими производителями могут иметь параметры, которые в некоторых случаях могут считаться близкими к идеальным. Например, коэффициент усиления без обратной связи, у некоторых типов ОУ достигает для медленноменяющихся входных сигналов, что позволяет создавать усилители с глубокой ОС.

Входное сопротивление ОУ с входными КМОП транзисторами может находиться в пределах Ом, что практически исключает прохождение входного тока.

Другие параметры ОУ достаточно далеки от идеальных:

- выходное сопротивление может находиться в пределах 10-1000 Ом;

- диапазон выходных напряжений определяется величиной напряжения источников питания (обычно на 2-3 В);

- входное напряжение смещения может быть в пределах В(при котором );

- зависит не только от , но и от величин (подавление синфазного сигнала может достигать 80-90 дБ);

- параметры ОУ зависят от изменения напряжений источников питания;

- полоса пропускания у большинства ОУ без ООС достаточно узкая Гц (АЧХ имеет спадающий характер в области высокой частоты, начиная от частоты среза );

- с ростом частоты входного сигнала увеличивается фазовый сдвиг выходного сигнала;

- скорость изменения выходного напряжения для различных типов ОУ может находиться в пределах 10-1000 В/мкс .

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 566; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!