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

33149. Основные виды хореографического искусства 21.61 KB
  Хореографическое искусство изначально синтетическое музыки усиливается выразительность танца пластически дающей ей эмоциональную ритмическую основу оно не может существовать. Вместе с тем хореография зрительное искусство где существенное значение приобретает не только временная но и пространственная композиция танца зрительный облик танцующих. В плановом обществе произошло разделение танца на народный и профессиональный. Термин классического танца возник в России в конце девятнадцатого века в результате обособления отдельных...
33150. Истоки русского балета 22.28 KB
  Пляска же постепенно развивалась и видоизменяясь послужила основой для создания особого вида театрального искусства балета. К древнейшим пляскам относятся также охотничьи. Эта пляска моржа у чукчей и немцев пляска медведя у ханты манси и айнов. На Украине сохранилась пляска запорожских казаков Гопак а в Грузии воинский танец Хоруми.
33151. Появление театрального танца в России. Первый публичный театр. Петровские ассамблеи 16.8 KB
  Сводилось к показу бальных танцев в украшенных бытовых одеждах которые исполняли только мужчины. Возникла сложность с актерами исполнителями танцев. Театр не устраивал Петра: отсутствие исполнителей недостаточный интерес широких масс к иноземному искусству непонятность репертуара и формы танцев Петр обратил свое внимание на перевоспитание ближайшего окружения решил что в этом направлении могут помочь танцы. Назывались учителями танцев учтивств и кумплиментов.
33152. Романтический образ Тальони 15.04 KB
  В 1832 году в Парижской Опере был впервые показан балет Филиппо Тальони Сильфида. Этот балет Тальони сочинил для своей дочери знаменитой балерины Марии Тальони. Предполагается что впервые поднялась в танце на пальцы и Мария Тальони.
33153. Методические рекомендации по работе с разными категориями детей. Поддержание дисциплины в отряде 48.5 KB
  Если один взрослый запретил чтолибо а другой разрешил если один сказал: Надо сделать так а второй Нет подругому это приводит тому что ни один вожатый не имеет авторитета в глазах детей и отряд становится неуправляемым. В лагере педагогам приходится достаточно часто сталкиваться с проблемой агрессивного поведения детей. На разных возрастных этапах проявление агрессивности у детей различно.
33154. КОЛЛЕКТИВНЫЕ ТВОРЧЕСКИЕ ДЕЛА 17 KB
  Тогда ты и сам сможешь придумать дела. малым группам; многое зависит от того кто станет ведущим этого дела; экономь время Времени на подготовку не должно быть много или мало: только в âсамый разâ. Творческая подготовка конкурсов и дел участие в общелагерных делах.
33155. Мозговой штурм. Деловая игра для педагогов 34 KB
  Один из вариантов методики мозгового штурма хорошо знаком нам по любимой не одним поколением телезрителей передаче Что Где Когда. Я думаю что для начинающего психолога мучительно размышляющего над вопросом как ему начать работу с педагогами методика мозгового штурма может стать первым шагом в этом направлении.Хочу предложить один из самых простых вариантов методики мозгового штурма который может быть реализован на педагогическом совете в процессе психологического тренинга учителей или как отдельное специальное мероприятие.
33156. НАЗВАНИЯ ОТРЯДОВ И ДЕВИЗЫ 39.5 KB
  ОбаНа Мы не панки не шпана мы ребята ОбаНа. Обана Обана это чудо Обана это класс мы живем совсем не худо вы соскучитесь без нас.
33157. Никогда не заблудишься ! (дополнение к Ориентированию) 20 KB
  Крона деревьев лучше развита на юге. Кора березы на юге эластичнее и светлее. Пологий склон муравейника на юге.