13245

Характеристики операційного підсилювача

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторна робота №7 Тема: Характеристики операційного підсилювача Мета: 1. Вимірювання вхідних струмів операційного підсилювача ОП. Оцінка величин середнього вхідного струму і різниці вхідних струмів ОП. Вимірювання напруги зміщення ОП Вимірювання ...

Украинкский

2013-05-11

209 KB

7 чел.

Лабораторна робота №7

Тема: Характеристики операційного підсилювача

Мета: 1.  Вимірювання вхідних струмів операційного підсилювача (ОП).

  1.  Оцінка величин середнього вхідного струму і різниці вхідних струмів ОП.
  2.  Вимірювання напруги зміщення ОП
  3.  Вимірювання диференціального вхідного опору ОП.
  4.  Обчислення вихідного опору ОП.
  5.  Вимірювання швидкості наростання вихідної напруги ОП.

Прилади й елементи

Вольтметр

Амперметр

Осцилограф

Функціональний генератор

Джерело напруги

Операційний підсилювач LM741

Резистори

Теоретичні відомості

Інтегральний операційний підсилювач характеризується рядом параметрів, що описують його з точки зору якості виконання ним своїх функцій. Серед параметрів, що зазвичай наводяться в довідкових даних, основними є наступні.

Середній вхідний струм Івх. Під час відсутності сигналу на входах ОП через його вхідні виводи протікають струми, зумовлені базовими струмами вхідних біполярних транзисторів чи струмами витоку затворів для ОП з польовими транзисторами на вході. Вхідні струми, проходячи через внутрішній опір джерела вхідного сигналу, створюють спадання напруги на вході ОП, що можуть викликати появу напруги на виході за відсутності сигналу на вході. Компенсація цього спадання напруги утруднена тим, що струми входів реальних ОП можуть відрізнятися один від одного на 10...20%

Вхідні струми ОП можна оцінити за середнім вхідним струмом, що обчислюється як середнє арифметичне струмів інвертуючого та неінвертуючого входів:

IВХ = (I1 + I2) / 2

де І1 і І2 відповідно струми інвертуючого та неінвертуючого входів.

Різниця вхідних струмів ∆Iвх визначається виразом:

∆IBX= I1 - I2.

У довідниках вказують модуль цієї величини.

Схема для вимірювання вхідних струмів представлена на рис. 7.1.

Коефіцієнт підсилення напруги на постійному струмі К0 - показник ОП, що визначає наскільки добре виконує ОП основну функцію - підсилення вхідних сигналів. В ідеального підсилювача коефіцієнт підсилення повинен прямувати до нескінченності.

Коефіцієнт підсилення напруги схеми підсилювача на ОП (рис.7.2) обчислюється за формулою:

КУ = - R2 / R1

Напруга зміщення UЗМ - значення напруги, яке необхідно подати на вхід ОП, щоб напруга на його виході була рівна нулю.

Напругу зміщення UЗМ можна обчислити, знаючи вихідну напругу ∆UВИХ  при відсутності напруги на вході і коефіцієнт підсилення:

UЗМ = ∆UВИХ / КПІД

Вхідний опір Rbx. Розрізняють дві складові вхідного опору: диференціальний вхідний опір і вхідний опір по синфазному сигналу (опір витоку між кожним входом і "землею"). Вхідний диференціальний опір для біполярних ОП знаходиться зазвичай в межах 10 кОм...10 МОм. Вхідний опір по синфазному сигналу визначається як відношення приросту вхідної синфазної напруги ∆UВХ.СФ до викликаного приросту середнього вхідного струму ∆Івх.ср:

RВХ.СФ. = ∆UВХ.СФ / ∆IВХ.СР

Диференціальний вхідний опір спостерігається між входами ОП і може бути визначений за формулою:                                                      RВХ.ДИФ = ∆UВХ. / ∆IВХ.

де ∆U - зміна напруги між входами ОП, ∆Ibx - зміна вхідного струму.

Вихідний опір RВИХ в інтегральних ОП складає 20...2000 Ом. Вихідний опір зменшує амплітуду вихідного сигналу, особливо при роботі підсилювача, на порівнянний з ним опір навантаження. Схема для виміру диференціального вхідного опору ОП і вихідного опору наведена на рис. 7.3.

Швидкість наростання вихідної напруги VUВИХ дорівнює відношенню зміни вихідної напруги ОП до часу її приросту при подачі на вхід скачка напруги. Час приросту визначається інтервалом часу, на протязі якого вихідна напруга ОП змінюється від 10% до 90% від своїх встановлених значень.

VUВИХ = UВИХ / tВСТ

Схема для виміру швидкості приросту вихідної напруги показана на рис.7.4. Виміри проводяться при подачі імпульсу у вигляді сходинки на вхід ОП, охопленого від’ємним зворотнім зв'язком (ВЗЗ) з загальним коефіцієнтом підсилення від 1 до 10.

Хід роботи

1. Вимірювання вхідних струмів

Рис. 7.1 (файл c11_00l)

Зберіть схему, зображену на рис. 7.1. Ввімкніть схему. Виміряйте вхідні струми ОП. За результатами вимірів обчисліть середній вхідний струм IВX і різницю ∆IВХ вхідних струмів ОП. Результати занесіть у розділ "Результати експериментів".

2. Вимірювання напруги зміщення

Рис.7.2 (файл c11_002)

Зберіть схему, зображену на рис. 7.2. Ввімкніть схему. Запишіть показники вольтметра в розділ "Результати експериментів". За результатами виміру, обчисліть напругу зміщення UЗM, використовуючи коефіцієнт підсилення схеми на ОП. Результати обчислень також занесіть у розділ "Результати експериментів".

3. Вимірювання вхідного і вихідного опорів

Рис.7.3 (файл c11_003)

а) Зберіть схему, зображену на рис. 7.3. Ввімкніть схему. Виміряйте вхідний струм IВX і вихідну напругу UВИХ, запишіть показники в розділ "Результати експериментів". Перемкніть ключ клавішею [Space]. Виміряйте вхідний струм після переключення ключа.

Обчисліть зміни вхідної напруги і струму. За отриманими результатами знайдіть диференціальний вхідний опір ОП. Результати занесіть у розділ "Результати експериментів".

6) Зменшуйте опір навантажувального резистора RL доти, поки вихідна напруга UBИX не буде приблизно дорівнювати половині значення отриманого в п. а). Запишіть значення опору RL, що у цьому випадку приблизно дорівнює вихідному опору UВИХ  ОП,  у розділ "Результати експериментів".

4. Вимірювання часу приросту вихідної напруги ОП

Зберіть схему, зображену на рис. 7.4. Ввімкніть схему. Замалюйте осцилограму вихідної напруги. По осцилограмі визначите величину вихідної напруги, час його встановлення й обчисліть швидкість приросту вихідної напруги у В/мкс. Запишіть результат у розділ "Результати експериментів".

Рис. 7.4 (файл c11_004)

Результати експериментів

1. Вимірювання вхідних струмів

Струм (І1) неінвертуючого входу :                                           (вимірювання)

Струм (I2) інвертуючого входу :                                               (вимірювання)

Середній вхідний струм ІВХ  :                                                                              (розрахунок)

Різниця вхідних струмів ОП ∆Івх :                                           (розрахунок)

2. Вимірювання напруги зміщення

Вихідна напруга підсилювача UВИХ :                                                            (вимірювання)

Коефіцієнт підсилення схеми :                                                  (розрахунок)

Напруга зміщення UЗM :                                                                                             (розрахунок)

 

3. Вимірювання вхідного і вихідного опорів

   а)     Вхідний струм ІВХ до переключення ключа, мкА:                  (вимірювання)

Вхідний струм ІВХ після переключення ключа, мкА:             (вимірювання)

Зміна вхідної напруги, мВ:                                                        (розрахунок)

Зміна вхідного струму, мкА:                                                     (розрахунок)

Вхідний диференціальний опір ОП, Ом:                                  (розрахунок)

   б)     Вихідна напруга UВИХ, В:                                                          (вимірювання)

Вихідний опір ОП  RВИХ:                                                                                          (вимірювання)

4. Вимірювання часу приросту вихідної напруги ОП

Вихідна напруга UВИХ :                                                                                 (вимірювання)

Час встановлення вихідної напруги :                               (вимірювання)

Швидкість наростання вихідної напруги ОП VUВИХ :       (розрахунок)

Контрольні запитання

  1.   Чи відрізняється виміряне значення середнього вхідного струму ІВх від його номінального
    значення для ОП LM741, взятого з паспортних даних?
  2.   Чи суттєва відмінність різниці вхідних струмів від номінального значення для ОП
    LM741?
  3.   Чи збігаються виміряне значення напруги зміщення з номінальним значенням
    для ОП LM741?
  4.   Порівняйте величину виміряного вхідного опору з паспортними даними на ОП LМ741.
  5.   Порівняйте величину виміряного вихідного опору з паспортними даними на ОП LМ741.

6. Порівняйте між собою величини вхідного і вихідного опорів ОП. Яка схема заміщення ОП як     елемента електричного ланцюга?

7. Чи відрізняється експериментальне значення швидкості приросту вихідної напруги від номінального значення?

8. В чому причина виникнення вхідних струмів ОП і різниці вхідних струмів? До чого вони

    приводять при роботі схем на ОП?

Примітка: Паспортні дані ОП LM741:

середній вхідний струм ОП       0,08 мкА;

різниця вхідних струмів ОП      0,02 мкА;

напруга зміщення ОП     1 тВ;

вхідний опір ОП     2 МOм;

вихідний опір ОП   75 Ом;

швидкість приросту вихідної напруги     ОП 0,5 В/мкс.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32746. Неинерциальные системы отсчёта. Силы инерции. Принцип эквивалентности. Уравнение движения в неинерциальных системах отсчёта 36 KB
  Силы инерции. При рассмотрении уравнений движения тела в неинерциальной системе отсчета необходимо учитывать дополнительные силы инерции. Это уравнение может быть записано в привычной форме Второго закона Ньютона если ввести фиктивные силы инерции: переносная сила инерции сила Кориолиса Сила инерции фиктивная сила которую можно ввести в неинерциальной системе отсчёта так чтобы законы механики в ней совпадали с законами инерциальных систем. В математических вычислениях введения этой силы происходит путём преобразования уравнения...
32747. Принцип относительности Галилея. Преобразования Галилея. Классическая теорема сложения скоростей. Инвариантность законов Ньютона в инерциальных системах отсчёта 39.5 KB
  Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность неизменность уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек и времени при переходе от одной инерциальной системы к другой преобразований Галилея.Пусть имеются две инерциальные системы отсчёта одну из которых S условимся считать покоящейся; вторая система S' движется по отношению к S с постоянной скоростью u так как показано на рисунке. величинами не изменяющимися при переходе от одной системы отсчёта к другой. В кинематике все системы...
32748. Постулаты Эйнштейна для СТО. Преобразования Лоренца 29.5 KB
  Преобразования Лоренца. Преобразования Лоренца возникли на рубеже XIXXX веков как формальный математический прием для согласования электродинамики с механикой и легли в основу специальной теории относительности. Согласно этим преобразованиям длины и промежутки времени искажаются при переходе из одной системы отсчета в другую. Преобразования Лоренца сложнее чем преобразования Галилея: В этих формулах x и t положение и время в условно неподвижной системе отсчета x′ и t′ положение и время в системе отсчета движущейся относительно...
32749. Относительность понятия одновременности. Относительность длин и промежутков времени. Интервал между событиями. Его инвариантность. Причинность 50.5 KB
  Следовательно события одновременные в одной инерциальной системе отсчета не являются одновременными в другой системе отсчета т. Относительность промежутков времени Пусть инерциальная система отсчета K покоится а система отсчета K0 движется относительно системы K со скоростью v. Тогда интервал времени между этими же событиями в системе K будет выражаться формулой: Это эффект замедления времени в движущихся системах отсчета. Относительность расстояний Расстояние не является абсолютной величиной а зависит от скорости движения тела...
32750. Релятивистский закон преобразования скорости. Релятивистский импульс 34 KB
  Релятивистский закон преобразования скорости. Пусть например в системе отсчета K вдоль оси x движется частица со скоростью Составляющие скорости частицы ux и uz равны нулю. Скорость этой частицы в системе K будет равна С помощью операции дифференцирования из формул преобразований Лоренца можно найти: Эти соотношения выражают релятивистский закон сложения скоростей для случая когда частица движется параллельно относительной скорости систем отсчета K и K'. Если в системе K' вдоль оси x' распространяется со скоростью u'x = c световой...
32751. Релятивистское уравнение динамики. Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии 43.5 KB
  Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Закон взаимосвязи массы и энергии. Для получения релятивистского выражения для кинетической энергии используем её связь с работой силы а силу подставим из релятивистской формы основного закона динамики материальной точки...
32752. Уравнение свободных колебаний без трения: пружинный маятник. Его решения. Вектор-амплитуда 51 KB
  Уравнение свободных колебаний без трения: пружинный маятник. Это уравнение называют уравнением свободных колебаний пружинного маятника. Оно правильно описывает рассматриваемые колебания лишь тогда когда выполнены следующие предположения: 1силы трения действующие на тело пренебрежимо малы и поэтому их можно не учитывать; 2 деформации пружины в процессе колебаний тела невелики так что можно их считать упругими и в соответствии с этим пользоваться законом Гука. Эта формула показывает что частота свободных колебаний не зависит от начальных...
32753. Физические и математические маятники 57 KB
  9 Как видим период колебаний математического маятника зависит от его длины и ускорения силы тяжести и не зависит от амплитуды колебаний. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной. Будем считать что вес физического маятника приложен к его центру тяжести в точке С. С учетом всех величин входящих в исходное дифференциальное уравнение колебаний физического маятника имеет вид: 7.
32754. Гармонический осциллятор. Энергия гармонического осциллятора. Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных колебаний 54 KB
  Свободные колебания такой системы представляют собой периодическое движение около положения равновесия гармонические колебания. Если трение не слишком велико то система совершает почти периодическое движение синусоидальные колебания с постоянной частотой и экспоненциально убывающей амплитудой. Если осциллятор предоставлен сам себе то говорят что он совершает свободные колебания. Если же присутствует внешняя сила зависящая от времени то говорят что осциллятор испытывает вынужденные колебания.