11583

Устройства на операционных усилителях

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа № 5 Устройства на операционных усилителях Цель работы Изучить назначение принцип действия свойства и возможные схемотехнические решения устройств на операционных усилителях. 2. Задание 1. Ознако...

Русский

2013-04-10

472 KB

18 чел.

PAGE  2

Лабораторная работа № 5

Устройства на операционных усилителях

  1.  Цель работы

Изучить назначение, принцип действия, свойства и возможные схемотехнические решения устройств на операционных усилителях.

2. Задание

1. Ознакомиться с принципами построения, характеристиками и свойствами устройств на операционных усилителях.

2. Исследовать свойства устройств на операционных усилителях.

3. Пояснения к лабораторной работе

3.1. Краткие сведения

Значительное число схем аналоговых электроники выполняется на операционных усилителях (ОУ). Это связано с доступностью ОУ и рядом их достоинств (универсальность, существенное упрощение межкаскадных и межблочных связей, повышение возможностей микроминиатюризации аппаратуры и др.), способствующих ускорению и повышению качества разработки РЭА различного назначения.

Масштабирующие преобразователи

Масштабирующие преобразователи применяются, в частности, для унификации выходного сигнала первичного измерительного преобразователя (ИП) к стандартному уровню для дальнейшего преобразования в цифровую форму и обработки в микропроцессорных системах управления. Такие преобразователи по существу являются усилителями-преобразователями.

Заметим, что в ИП размерность и обозначения коэффициента передачи зависят от значений и величин входного и выходного сигналов, например, S = Iвыx/Uвх — носит название коэффициента преобразования напряжения в ток; W = Рвых/Iвх — коэффициент преобразования тока в мощность. В частном случае, когда входное и выходное значения сигналов являются однородными, коэффициент передачи называют коэффициентом усиления, при этом различают: коэффициент усиления по напряжению Ku = Uвых/Uвх, коэффициент усиления по току Ki = Iвых/Iвх, коэффициент усиления по мощности Кp = Рвыхвх .

ИП преимущественно выполняются на ОУ в интегральном исполнении, при этом чаще всего используются три схемы включения ОУ (рис. 1).

Рис. 1. Инвертирующий (а), неинвертирующий (б) усилитель и повторитель напряжения (в) на ОУ

Усилитель на рис. 1,а называется инвертирующим, так как его выходной сигнал находится в противофазе с входным. Его коэффициент усиления по постоянному току в первом приближении определяется формулой

Кои = —R3/R1,                                                                                     (1)

а в диапазоне частот:

Кои (jw) = Кои/(1 + jw/wгр)                                                                         (2)

где Кои— усиление на постоянном токе; wгр — граничная частота ОУ по уровню 0,707Кои.

Коэффициент усиления по постоянному току неинвертирующего усилителя (рис. 1,б) в первом приближении равен

Кон = 1 + R3/R1,                                                                                (3)

а в диапазоне частот определяется выражением (2).

Частным случаем неинвертирующего усилителя является повторитель напряжения с единичным коэффициентом передачи (рис. 1,в), для чего выполняется равенство

R3 = R1 = 0.                                                                                      (4)

Он обладает весьма высоким входным сопротивлением и используется для согласования высокоомных каскадов с последующими каскадами с низкоомным входом. Поэтому повторитель напряжения называют также буферной схемой или просто буфером.

Одной из важных характеристик усилителей, выполненных по любой из схем рис. 1, являются их частотные характеристики.

Для оценки рабочего диапазона частот усилителя измеряют его АЧХ и определяют верхнюю граничную частоту по уровню 0,707, что соответствует спаду усиления на -3 дБ, а также частоту единичного усиления, на которой Кu = 1. Важными для правильной работы усилителя на ОУ являются его ФЧХ, по которым можно определить фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного на граничной частоте.

Весьма важными характеристиками ОУ являются смещение нуля и паразитные входные токи. Эти параметры определяют точностные характеристики таких устройств, как аналоговые вычислительные машины, разнообразная измерительная техника и т.п.

Для инвертирующего усилителя выходное напряжение Uoos, вызванное напряжением смещения нуля (параметр ОУ - input offset voltage (Vos)), определяется выражением (см. формулу 1):

Uoos = Vos∙(l + R3/R1),                                                                           (4)

а выходное напряжение Uois, вызванное входными токами (параметр ОУ - input bias current (IBC)), и выходное напряжение Uoib, вызванное разностью входных токов (параметр ОУ - input offset current (IoC), соответственно выражениями:

Uois = Ibc∙(R2 — Rl||R3||Ri),                                                                    (5)

Uoib = IOC R3,                                                                                           (6)

где значок || означает параллельное включение сопротивлений, Ri — входное сопротивление ОУ.

3.3. Схема для исследования ДУ

Для моделирования работы усилителей используется схема внутренней схемотехники ОУ типа UA709, включенного по схеме инвертирующего усилителя (рис. 2) и приведенная в файле UA709.EMB.

Рис. 2

Для исследования влияния дестабилизирующих факторов на выходное напряжение ОУ используется упрощенное представление ОУ в виде 5-выводной микросхемы, включаемой по одной из схем рис.1.

4. Порядок выполнения работы

4.1. Предварительная подготовка

1. Изучить описание данной работы по методическим указаниям к выполнению лабораторной работы и дополнительной литературе.

2. Подготовить конспект по работе, начертив схемы экспериментов с обозначением номиналов элементов и типов транзисторов и таблицы для записи результатов экспериментов.

4.2. Выполнение работы

  1.  Исследование передаточной характеристики ОУ Motorola LF347:

По инвертирующему входу:

,мВ

-1

0

4,8

4,85

4,9

4,95

5

5,05

5,1

5,15

5,2

6

16,5

16,5

16,5

15

10

5

-0,0025

-5

-10

-15

-16,5

-16,5

-16,5

 

3,44

3,1

2

1

0

-1

-2

-3

-3,2

-2,75

По не инвертирующему входу:

,мВ

1

0

-4,8

-4,85

-4,9

-4,95

-5

-5,05

-5,1

-5,15

-5,2

-6

16,5

16,5

16,5

15

10

5

7,5

-5

-10

-15

-16,5

-16,5

16,5

 

-3,44

-3,1

-2

-1

-2

1

2

3

3,2

2,75

По результатам эксперимента построить на одном графике передаточные характеристики ОУ по инвертирующему и не инвертирующему входу . Определить по графику  исследуемого ОУ. На другом графике построить совмещенные зависимости для обоих входов.  

2. Определение коэффициента усиления для различных устройств на ОУ:

Тип устройства и формула для его  при допущении

Инвертирующий усилитель

Не инвертирующий усилитель

Повторитель напряжения

1

, В

0,1

0,1

0,1

, В

-0,375

0,525

0,105

-3,75

5,25

1,05

  1.  Исследование рабочего диапазона частот ОУ:

  1.  

6. Контрольные вопросы

  1.  Что такое масштабирующий преобразователь, какие схемы используются для его реализации?
  2.  Назовите тип ОС, используемой в инвертирующем усилителе на ОУ?
  3.  Назовите тип ОС, используемой в неинвертирующем усилителе на ОУ?
  4.  Назовите тип ОС, используемой в повторителе напряжения на ОУ?
  5.  Какое влияние оказывает нестабильность сопротивления резисторов Rl, R3 на стабильность коэффициента усиления?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23419. Дослідження роботи логічних елементів «НІ», «І», «І-НІ», «АБО», «АБО-НІ» 474 KB
  В цій схемі два двопозиційні перемикачі А і В подають на входи логічної схеми І рівні 0 контакт перемикача в нижньому положенні або 1 контакт перемикача у верхньому положенні. Подайте на входи схеми всі можливі комбінації рівнів сигналів А і В і для кожної комбінації зафіксуйте рівень вихідного сигналу Y. Заповніть таблицю істинності логічної схеми І 7408. Подайте на входи схеми всі можливі комбінації рівнів вхідних сигналів і спостерігаючи рівні сигналів на входах і виході за допомогою логічних пробників заповніть таблицю істинності...
23420. Дослідження роботи тригерів 74.5 KB
  Зберіть схему рис. Увімкніть схему. Послідовно подайте на схему наступні сигнали: S=0 R=1; S=0 R=0; S=1 R=0; S=0 R=0. Зберіть схему рис.
23421. Дослідження роботи лічильників 107.5 KB
  Дослідження лічильника що підсумовує. Подаючи на вхід схеми тактові імпульси за допомогою ключа С і спостерігаючи стан виходів лічильника за допомогою індикаторів складіть часові діаграми роботи лічильника що підсумовує. б Визначте коефіцієнт перерахунку лічильника. Зверніть увагу на числа сформовані станами інверсних виходів лічильника.
23422. Дослідження роботи регістрів 172 KB
  Завантаження інформації в регістр провадиться синхронно з позитивним перепадом тактового імпульсу якщо на входах М N є напруги низького рівня логічного 0. Якщо на одному із цих входів напруга високого рівня після приходу позитивного тактового перепаду в регістрі повинні залишитися попередні дані. Якщо на входи G2 G1 подано напругу активного низького рівня дані що утримуються в регістрі відображаються на виходах 1Q.4Q присутність хоча б однієї напруги високого рівня на входах дозволу G2 і G1 викликає Z стан розмикання для вихідних...
23423. Виртуальная компания – реальность XXI века 120.12 KB
  Для участников виртуальной организации присущи не только определенные роли но и статусы. Статус гарантирует предоставление возможности по доступу к контенту различный уровень анонимности конформность поведения определенных участников виртуальной компании групповую идентичность. Принципы формирования виртуальных компаний[1] Управление виртуальной компанией базируется на представлениях инициаторов проекта работодателей разработчиков. Архитектура сети выбирается с учетом максимальной эффективности деятельности виртуальной компании в...
23424. ПОИСК В ИНТЕРНЕТЕ. ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА 1.08 MB
  По мере роста общего количества пользователей Интернета а среди них числа владеющих английским языком эти ограничения всё в большей степени снимаются что закономерно ведёт к уменьшению спроса на услуги журналистов. electronic mail технология и предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений называемых письма или электронные письма по распределённой в том числеглобальной компьютерной сети. Акадо российский телекоммуникационный холдинг оказывающий услуги доступа в...
23425. Сообщения SIP 27.68 KB
  Реферат Протокол SIP разрабатывался с расчетом на возможность использования любых транспортов но тем не менее наиболее предпочтительным является использование UDPпакетов это позволяет повысить производительность по сравнению с использованием протокола TCP но требует использования дополнительных механизмов проверки доставки сигнальных сообщений. Так как телефония с использованием протокола SIP позволяет использовать большое количество разнообразных сервисов помимо передачи голоса возможна...
23426. Уровни сетевой архитектуры 72.79 KB
  Компьютерные сети по своей структуре очень сложны. Для начала проведем грань между работой программных и аппаратных средств сети. В сети может работать разнообразное по технологии оборудование от него зависят возможности сети: производительность надежность и т. и разнообразное программное обеспечение: сетевые операционные системы приложения от него зависят те же возможности сети прозрачность безопасность.
23427. Города на территории Беларуси в IX – середине XIII в.: происхождение названий и хозяйственная жизнь горожан 13.54 KB
  Причинами превращения городищ в города были: отделение ремесла от земледелия проживание ремесленников в местах близких к источникам сырья развитие обмена продуктами земледелия на вещи сделанные ремесленниками. Города возникали на перекрестках дорог и рек. Города IX – XIII вв. Внутренняя часть города укрепленная валами рвами стенами называлась детинцем.