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

7506. Экология: конспект лекций 843.5 KB
  Предлагаемое пособие поможет студентам в решении именно этой задачи применительно к курсу Экология. Содержание и структура пособия соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Издание п...
7507. Учет и регулирование потребления электрической энергии 112.61 KB
  Учет и регулирование потребления электрической энергии. Бытовое энергосбережение В жилищном хозяйстве потребляется около 30% тепловой энергии, которая получается от сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Поэтому, экономия топлива ...
7508. Экономия электроэнергии в электроснабжающих установках 60.8 KB
  Экономия электроэнергии в электроснабжающих установках Электроснабжение сельских потребителей осуществляют в основном от сетей государственных электросистем. К сельским потребителям электрическую энергию подают по линиям напряжением 6, 10, 20, 35 кВ...
7509. Экономия электроэнергии в осветительных и электронагревательных установках 76.71 KB
  Экономия электроэнергии в осветительных и электронагревательных установках На освещение в сельском хозяйстве затрачивают 10...15% всей потребляемой электроэнергии, то есть более 15 млрд. кВт·ч в год. Наряду с другими устройствами электрическое освещ...
7510. Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования 121.34 KB
  Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования В сельском хозяйстве действует огромный парк электродвигателей, насчитывающий 12 млн. единиц общей мощностью 50...60 млн. кВт. Практически все стационарные рабочие сельскохозяйственные маш...
7511. Нетрадиционные способы получения и применения энергии 113.67 KB
  Нетрадиционные способы получения и применения энергии Главным фактором роста энергопроизводства является рост численности населения и прогресс качества жизни общества, который тесно связан с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого ...
7512. Модели рыночной экономики 43 KB
  Модели рыночной экономики. Для каждой экономической системы характерны свои национальные модели организации хозяйства, так как страны различаются своеобразием истории, уровнем экономического развития, социальными и национальными условиями. Поэтому м...
7513. Рыночное равновесие 147.5 KB
  Рыночное равновесие Чтобы рассмотреть взаимодействие спроса и предложения, необходимо совместить линии спроса и предложения на одном графике. На рис. 1 DD - линия спроса, SS - линия предложения. Абсциссы их точек характеризуют соответственно объемы ...
7514. Эластичность спроса и предложения 86 KB
  Эластичность спроса и предложения Термин эластичность - технический термин, который использовал А. Маршалл для обозначения чувствительности реакции одного фактора в результате воздействия на него другого фактора. Эластичность - это характеристи...