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

21894. Обеззараживание. Виды обеззараживания 91.5 KB
  Моющие растворы Жировые мыла Синтетические вещества Синтетические моющие вещества обладают хорошей моющей способностью в любой среде при невысоких температурах. СПОСОБЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ Для обеззараживания используют механический физический физикохимический и химический способы. Дезактивация Механический способ применяется для различных грунтов и включает: сметание срезание вспашка засыпка заражённого грунта удаление радиоактивной пыли...
21895. Организация государственной системы предупреждения и ликвидации ЧС 1.66 MB
  В соответствии с законом О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера в РФ функционирует Единая государственная система предупреждения и ликвидации стихийных бедствий РСЧС. Организация системы РСЧС РСЧС состоит из территориальных и функциональных подсистем и имеет 5 уровней: федеральный региональный уровень субъекта федерации местный уровень и объектовый. Территориальная подсистема РСЧС предназначена для предупреждения и ликвидации ЧС на подведомственной территории. Функциональные подсистемы РСЧС создаются в...
21896. ПРИНЦИПЫ И СПОСОБЫ ЭВАКУАЦИИ 61 KB
  ПРИНЦИПЫ И СПОСОБЫ ЭВАКУАЦИИ 1. В этих случаях почти всегда приходится прибегать к эвакуации. ПРИНЦИПЫ И СПОСОБЫ ЭВАКУАЦИИ Эвакуация в чистом виде бывает редко она как правило сочетается с другими защитными мероприятиями: укрытием проведением противорадиационных медицинских противопожарных инженерных работ. Количество людей подлежащих эвакуации каждый раз определяется местными органами власти с учетом рекомендаций штабов ГО и ЧС исходя из условий характера и масштабов чрезвычайной ситуации.
21897. АС и ДНР. Спасательные работы в очагах поражения включают 30.5 KB
  Спасательные работы в очагах поражения включают: разведку маршрутов движения и участков объектов работ; локализацию и тушение пожаров на маршрутах движения и участках объектах работ; розыск пораженных и извлечение их из поврежденных и горящих зданий загазованных и задымленных помещений завалов; вскрытие разрушенных поврежденных и заваленных защитных сооружений и спасение находящихся в них людей; подачу воздуха в заваленные защитные сооружения с поврежденной фильтровентиляционной системой; оказание первой медицинской и первой врачебной...
21898. ДЕКЛАРИРОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА 35 KB
  Обязательному декларированию безопасности подлежат проектируемые и действующие: промышленные объекты имеющие в составе особо опасные производства; гидротехнические сооружения хвостохранилища и шламонакопители 1 2 3 классов на которых возможны гидродинамические аварии. Отнесение к особо опасным производствам входящим в подлежащий декларированию безопасности промышленный объект основывается на: величине пороговых количеств потенциально опасных веществ определенных для конкретных веществ или различных категорий веществ; количестве...
21899. Аварии на гидротехнических сооружениях 540 KB
  Масштабы последствий гидродинамических аварий зависят от параметров и технического состояния гидроузла характера и степени разрушения плотины объемов запасов воды в водохранилище характеристик волны прорыва и катастрофического наводнения рельефа местности сезона и времени суток происшествия и многих других факторов. 160 227 СаяноШушенская 47 120 Красноярская 68 986 Основными поражающими факторами затопления при аварии на ГТС являются: волна прорыва высота волны скорость движения и длительность затопления. Начало волны называется...
21900. Современные техногенные опасности мирного и военного времени 324.5 KB
  Определение степени и масштабов разрушений при производственных авариях и авариях на транспорте связанных с взрывами взрывчатых веществ. Именно в ХХ столетии происходило: интенсивное развитие малоотходной ядерной энергетики; бурное развитие химической промышленности; стремительное освоение космического пространства; появление новых видов современного оружия: ОМП ядерное термоядерное нейтронное химическое биологическое геофизическое оружие; современные средства поражения ССП зажигательные кассетные боеприпасы боеприпасы объемного...
21901. ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 40 KB
  ЖОН в ЧС совокупность согласованных и взаимосвязанных по цели задачам месту и времени действий территориальных и ведомственных органов управления сил средств и соответствующих служб направленных на создание условий необходимых для сохранения жизни и поддержания здоровья людей в зоне ЧС на маршрутах эвакуации и в местах отселения пострадавшего населения. Первоочередные виды ЖОН в ЧС жизненно важные материальные средства и услуги сгруппированные по функциональному предназначению и сходным свойствам используемые...
21902. ХАРАКТЕРИСТИКА ЧС ПРИРОДНОГО ХАРАКТЕРА 676.5 KB
  Землетрясения Землетрясения это подземные толчки и колебания земной поверхности возникающие в основном в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней мантии и передающиеся на большие расстояния. Колебания земной поверхности при землетрясениях носят волновой характер. Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется не только колебаниями грунта но и возможными вторичными факторами к которым следует отнести лавины оползни обвалы опускание просадку и перекосы земной поверхности разрушение грунта...