20930

ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ ІНВЕРТУЮЧОГО І НЕІНВЕРТУЮЧОГО ПІДСИЛЮВАЧІВ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Величина напруги вимірюється вольтметром . Набуті значення вихідної напруги занести у відповідні рядки табл.1 і заносячи набуті значення вихідної напруги у відповідні рядки табл. Коефіцієнт підсилення напруги Ku характеризує здатність ОП усилювати диференціальний сигнал що подається на його входи: Вхідна напруга зсуву Uзс обумовлена в основному неідентичністю транзисторів вхідного каскаду ОП.

Украинкский

2013-08-01

437.5 KB

7 чел.

Лабораторна робота №5

ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ ІНВЕРТУЮЧОГО І НЕІНВЕРТУЮЧОГО ПІДСИЛЮВАЧІВ

        Мета роботи: Експериментальне визначення передавальних характеристик інвертуючого і неінвертуючого підсилювачів, побудованих на базі операційних підсилювачів.

Порядок виконання роботи

Робота виконується на стенді ЕС-23

.

1. Дослідження неінвертуючого підсилювача (рис.5.1)

     Рис.5.1.

    

   1.1. Встановити змінну пластину № 1.2.

1.2. На панелі “Підсилювач, компаратор” натиснути кнопку “НП”, а також встановити коефіцієнт посилення рівний 1, натискуючи кнопку “1”.

1.3. На панелі джерело “Джер.2“ натиснути кнопку вибору  режиму постійного струму..

1.4 Включити стенд.

1.5 Обертаючи ручку джерела “Джер.2”  встановити на вході підсилювача значення напруг, вказані у верхньому рядку табл.5.1. Величина напруги вимірюється вольтметром "".

Напругу на виході підсилювача виміряти за допомогою вольтметра "Uвих " і результати записати в другий рядок табл. 5.1

1.6. Повторити експеримент по п. 1.5. двічі: для значень коефіцієнта k=10 і k=100. Вибір цих значень, здійснюється натисненням  відповідної кнопки  “10” або “100” на панелі “Підсилювач, компаратор”.

Набуті значення вихідної напруги занести у відповідні рядки табл. 5.1.

1.7. Вимкнути стенд.

2. Дослідження інвертуючого підсилювача (рис.5.2)

    Рис.5.2.

  1.  Встановити змінну пластину  №1.3.

2.2 На панелі “Підсилювачі, компаратор” натиснути кнопку “ІУ”, а також встановити коефіцієнт підсилення,  рівний 1, натиснувши кнопку  «1».

  1.  На панелі джерела «Джер. 1» натиснути кнопку вибору режиму постійного струму.
    1.  Повторити дії пп.1.4, 1.5, 1.6, змінюючи вхідну напругу підсилювача обертанням ручки джерела Джер.1 і заносячи набуті значення вихідної напруги у відповідні рядки табл. 5.1

Таблиця. 5.1

Підсилю-вач

Uвх,. В

+2.5

+2

+1.5

+1

+0.5

+0.2

+0.1

+0.05

Неінвер-туючий

Uвих,В

k=1

Uвих, В

k=10

Uвих, В

k=100

Інвер-

туючий

Uвих, В

k=1

Uвих, В

k=10

Uвих,В

k=100

       

Продовження Табл.5.1.

Підси-лювач

Uвх,В

0

-0.05

-0.1

-0.2

-0.5

-1

-1.5

-2

- 2.5

Неін-вер-тую-чий

Uвих,В

k=1

Uвих,В

k=10

Uвих,В

k=100

Інвер-

тую-чий

Uвих,В

k=1

Uвих,В

k=10

Uвих,В

k=100

3. За даними табл. 5.1. побудувати передавальні характеристики неінвертуючого і інвертуючого підсилювачів для значень коефіцієнтів посилення 1, 10, 100.

Стислі теоретичні відомості

 Операційним підсилювачем (ОП) називається диференціальний підсилювач електричних сигналів, у якого вихідна напруга пропорційна різниці вхідних напруг  і  (рис.5.3):

,

де до – коефіцієнт посилення ОП по напрузі.

Вхід х1 ОП, на який подається напруга  U, називається інвертуючим, а інший вхід, відповідно – неінвертуючим.  Струми, що протікають по вхідних ланцюгах ОП,  визначаються вхідним опором ОП.

 ОП є багатокаскадним підсилювачем постійного струму, що задовольняє таким умовам:

  •  коефіцієнт посилення по напрузі ОП  прямує до нескінченності і в реальних схемах складає ;
  •  вхідний опір прагне до нескінченності ;
  •  вихідний опір  прагне до нуля (Rвых > 0),  але в реальних схемах його типове значення для більшості схем ОП приймається рівним 2 кОм;
  •  якщо диференційна вхідна напруга  ΔU = Ux2Ux1           дорівнює     нулю, то вихідна напруга прагне також до нуля .

Розрізняють статичні і динамічні експлуатаційні параметри ОП.

Статичні параметри несуть інформацію про  характеристики і похибки ОП, які визначаються при повільній зміні сигналу.  Основні статичні параметри ОП такі.

Коефіцієнт підсилення  напруги Ku характеризує здатність ОП усилювати диференціальний сигнал, що подається на його входи:

 

Вхідна  напруга зсуву Uзс,  обумовлена, в основному, неідентичністю транзисторів вхідного каскаду ОП. Наявність цієї напруги приводить до порушення умови   . Чисельно Uзс дорівнює значенню напруги, яку необхідну подати на вхід ОП, щоб вихідна напруга дорівнювала нулеві. Типове значення Uзс складає одиниці або десятки мілівольт, а для прецизійних ОП (наприклад К140УД17, К140УД25) – не більше декількох десятків мікровольт.

Вхідний струм (Iвх)  - струм, який протікає у вхідному ланцюзі ОП  для забезпечення необхідного режиму його роботи. Типове значення Iвх приймає значення від  декількох десятків наноампер до декількох мікроампер.

Різниця вхідних струмів ΔIвх =/ Iвх1-Iвх2/ - струм зсуву, обумовлений неоднозачностью величин коефіцієнтів посилення транзисторів вхідних каскадів ОП. Типові значення - від десятків мікроампер до одиниць наноампер.

Коефіцієнт  п ослаблення синфазного сигналу, визначається як відношення напруги синфазного сигналу, поданого на обидва входи ОП, до диференціальної вхідної напруги, яка забезпечує на виході такий же сигнал, що і у разі синфазної напруги:

До основних динамічних параметрів, що характеризують швидкодію ОП,  відносяться наступні параметри.

Частота одиничного підсилення fmax - значення частоти, на якій модуль коефіцієнта підсилення ОП рівний одиниці. Типове значення fmax  лежить в діапазоні 105- 106 Гц,

Швидкість зміни вихідної напруги  - максимально можлива швидкість зміни вихідної напруги в разі подачі на вхід ОП імпульсу прямокутної форми. Для найпоширеніших типів ОП  значення знаходиться в діапазоні 0.1 – 10 В/мкс.

Експлуатаційні параметри ОП визначають допустимі режими роботи його вхідних і вихідних ланцюгів, а також вимоги до напруги живлення.  

У переважній більшості випадків ОП працює в сукупності з електричними ланцюгами, що пов'язують його вихід з інвертуючим входом і створюючими таким чином негативний зворотний зв'язок.

Прикладом такої схеми є неінвертуючий підсилювач        (рис. 5.3.). Значення резистора ланцюга зворотного зв'язку в цій схемі вибирається набагато менше вхідного опору ОП.  Тому при розгляді роботи цієї схеми ми маємо право нехтувати вхідними струмами ОП.

      Рис.5.3.

Напруга на інвертуючому вході таким чином пов'язана з вихідною напругою  і вхідною напругою  U X

 ,

далі можна одержати:

 

.

Якщо знехтувати величиною 1/K, то можна одержати рівняння, що пов'язує вхідну напругу  з вихідною :

,

де     -   коефіцієнт підсилення неінвертуючого підсилювача .

′′

З даної формули видно важливу першу властивість, притаманну всім схемам на ОП, охопленому негативним зворотним зв'язком: робота схеми визначається тільки параметрами ланцюга зворотного зв'язку і не залежить від параметрів ОП.

Другу властивість схем з негативним зворотним зв′язкомможна знайти, підставивши значення Uy у вираз для визначення Ux

, тобто

напруги на обох входах ОП рівні.

Використовуючи ці дві властивості, розберемо роботу інвертуючого підсилювача (рис.5.4.).

    Рис.5.4.

З другої властивості схем із зворотнім зв′язком витікає, що напруга на інвертуючому вході рівна нулю, а це значить, що  Ux і  завжди мають протилежну полярність. По першому закону Кирхгофа (рис.5.4) одержуємо:. Це можна  записати ,  якщо знехтувати значенням вхідного струму ОП.     Тому

.

Звідси витікає рівняння інвертуючого підсилювача:

,

в якому  - коефіцієнт підсилення інвертуючого підсилювача.

Графічно зв'язок між вхідними і вихідними напругами електронних вузлів описується передавальною характеристикою. На рис.5.5 представлені передавальні характеристики інвертуючого (ІП) і неінвертуючого (НП) підсилювачів, для випадків, коли .

Рис.5.5.

Максимум  модуля значення вихідної напруги  ОП визначається величиною напруги живлення. Це значення вихідної напруги називається напругою насичення.  Cлід сказати, що вказані вище дві властивості охопленого від′ємним зворотним зв′язком ОП існують лише тоді, коли модуль вихідної напруги ОП менший за модуль напруги насичення.

    

  Контрольні питання

  1.  Назвіть основні ознаки операційного підсилювача.
  2.  НазвІть відомі Вам параметри операційних підсилювачів.
  3.  Які літери застосовуються для позначення операційного підсилювача,  яке входить в найменування мікросхем ?
  4.  Що таке синфазний сигнал і що таке “коефіцієнт послаблення синфазного сигналу”?
  5.  Поясніть походження назв підсилювачів, які вивчаються в даній лабораторній роботі.
  6.  Чим відрізняється реальний операційний підсилювач від ідеального?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3418. Движение свободной частицы 405.94 KB
  Движение свободной частицы. Для свободной частицы U(x) = 0 (пусть она движется вдоль оси x ). Решением уравнения Шредингера: будет функция, где A = const, волновое число — может принимать любые положительные значения...
3419. Элементы релятивистской механики 241 KB
  Элементы релятивистской механики. Принцип относительности и преобразования Галилея. Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца и следствия из них. Основной закон релятивистской динамики. Закон взаимо...
3420. Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников и конденсаторов 301.5 KB
  Проводники в электрическом поле. Электроемкость проводников и конденсаторов. Распределение зарядов на проводнике. Проводник во внешнем электрическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Электроемкость шара. Конденсаторы и и...
3421. Постоянный электрический ток 228 KB
  Постоянный электрический ток.  Сила и плотность тока. Электродвижущая сила и напряжение.  Закон Ома. Сопротивление проводников. Последовательное и параллельное соединение проводников.  Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца...
3422. Основы термодинамики 227.5 KB
  Применение 1 закона термодинамики и изопроцессам. Адиабатный процесс. Тепловые двигатели, их КПД. Цикл Карно. Понятие об энтропии. Второе начало термодинамики. Диаграмма этого процесса в координатах p,V изображается прямой, параллельной оси ординат...
3423. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ КАДРОВОЙ РАБОТЫ (на примере ОАО «Инженерный центр энергетики Урала») 1.38 MB
  Учитывая тот факт, что управление кадрами организации есть составной элемент менеджмента, связанный с людьми и их отношениями внутри организации. То можно утверждать, что управление трудовыми ресурсами, сегодня, должно быть направлено на достижение эффективности работы предприятия, самих работников, развитию у них потребностей высокого уровня и способностей к творческой деятельности
3424. Магнитные свойства вещества 176.5 KB
  Магнитные свойства вещества. Магнитные моменты электронов и атомов. Намагничение вещества. Диа- и парамагнетики. Ферромагнетики. Магнитные моменты электронов и атомов. Опыт показывает, что все вещества являются магнетиками, т...
3425. Динамика вращательного движения твердого тела 200.5 KB
  Динамика вращательного движения твердого тела.  Момент инерции. Момент силы. Основное уравнение динамики вращательного движения. Момент импульса.  Момент инерции. (Рассмотрим опыт со скатывающимися цилиндрами.) При рассмотрении вращательно...
3426. Элементы механики жидкостей 244 KB
  Элементы механики жидкостей. Давление в жидкости и газе.  Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей. Давление в жидкости и газе. Молекулы газа...