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

53742. Подготовка к сочинению-рассуждению 36 KB
  Цели урока: познакомить с работами писателей посвящённых русскому языку; развивать речевые умения и навыки; прививать любовь к родному краю к малой и большой Родине. В гостях у нас учителя русского языка и литературы. Мы будем говорить о русском языке.
53743. Обобщающий урок по теме “Природа”. Урок - КВН 51 KB
  Природа Да все что нас окружает это природа. Природа прекрасна в любое время года. Весной мы можем наблюдать как вся природа просыпается от зимней спячки.
53744. Роль имени прилагательного в русском языке 88.5 KB
  Цель: Обучающая учить детей правильно использовать имена прилагательные в речи находить прилагательные и по существенным признакам определять предмет; Развивающая развивать критическое мышление умение ставить проблемные вопросы выдвигать гипотезы анализировать и сравнивать обобщать полученные данные и делать выводы; развивать устную и письменную речь учащихся; Воспитывающая создать условия для формирования познавательного интереса к русскому языку воспитания культуры общения в группе со сверстниками; воспитывать...
53745. Столетняя война 72 KB
  Учитель приветствует учеников и организует повторение ими материала прошлого урока. Учитель проводит фронтальный опрос класса по теме прошлого урока. которая подтвердила права и вольности церкви городов рыцарей баронов свободного населения Что такое совет двадцати пяти совет баронов который следил за исполнением Великой хартии вольностей; в случае нарушения условий этой хартии бароны могли начать военные действия против короля всяческими способами добиваться исправления нарушений Затем учитель заслушивает письменные ответы...
53746. Ателье мод 47 KB
  Как вы думаете какие Правильно основной материал для изготовления одежды это ткань. Что такое ткань Ткань изделие изготовленное путём плотного соединения накрест переплетённых нитей расположенных двумя рядами продольными основа и поперечными уток. Первая ткань которую мы с вами рассмотрим это хлопок. Преимущества хлопковой ткани: Мягкость Хорошая поглощающая способность в тёплое время Лёгкость в окраске Давайте с вами заполним табличку хлопковая ткань она натуральная или синтетическая Пощупайте хлопковую ткань она...
53747. Конструирование из бумаги. Изготовление новогодней елочки 95.5 KB
  Технологии: технология сотрудничества, деятельностный подход, активное обучение, технологии объяснительно-иллюстративного обучения (в основе которых информирование, просвещение учащихся и организация из репродуктивных действий с целью выработки у них общеучебных умений и навыков).
53748. Теорема Виета 95 KB
  Предметные результаты: наблюдать и анализировать связь между корнями и коэффициентами квадратного уравнения. Формулировать и доказывать теорему Виета, а также обратную теорему, применять теоремы для решения уравнений и задач.
53749. Прогнозирование экономических показателей. Модели финансового планирования 27.5 KB
  Экономический прогноз — это научно обоснованное предвидение возможных направлений и результатов развития субъектов хозяйствования и их структурных подразделений. Методы экономического прогнозирования можно условно объединить в две группы. Наверняка все из вас пускали самолетики лодочки красовались в треуголке из бумаги различных форм фигурок это и есть оригами. Однако независимые традиции складывания из бумаги хоть и не столь развитые как в Японии существовали среди прочего в Китае Корее Германии и Испании.
53750. День святого Валентина 43.5 KB
  Как они называются валентинки А знаете ли вы что согласно легенде в далекие времена жестокий римский император Клавдий II решил что одинокий мужчина без семьи и жены лучше сражается на поле битвы и запретил мужчинам жениться. Сегодня нам предстоит пусть с опозданием но изготовить валентинки для своих родных а может и любимых своими руками потому что мы знаем знаменитую пословицу: Лучше поздно чем ...