37741

Дослідження операційного підсилювача

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Умовне позначення типового операційного підсилювача показано на рис. Умовне позначення операційного підсилювача Всі ОП мають так званий диференціальний вхід виконаний як два незалежні входи: інвертуючий і неінвертуючий. При зміні напруги вхідного сигналу на цих ділянках вихідна напруга підсилювача залишається незмінною і визначається напругами близькими до напруги джерел живлення.

Украинкский

2013-09-25

338.5 KB

20 чел.

Лабораторна робота № 5

Дослідження операційного підсилювача

Мета: дослідити роботу операційного підсилювача та схем на його основі.

5.1. Основні теоретичні відомості

Операційний підсилювач (ОП) – це ППС, що має високий коефіцієнт підсилення, два входи (так званий диференційний вхід) і один вихід
Операційний підсилювач є підсилювачем постійного струму з великим (іноді досягає десятки тисяч) коефіцієнтом пісилення і великим (іноді в сотні мега) вхідним опором. Операційні підсилювачі випускаються у вигляді інтегральних мікросхем, параметри і схеми включення яких досить широко описані в довідковій літературі. Умовне позначення типового операційного 'підсилювача показано на рис. 5.1.

Рисунок 5.1. Умовне позначення операційного підсилювача

Всі ОП мають так званий диференціальний вхід, виконаний як два незалежні входи: інвертуючий і неінвертуючий. Підсиленню піддається різниця напруг, прикладених до входів: Un - Ui.
Входи корекції, балансування, загальний висновок у деяких типів інтегральних ОП відсутні. При, використанні ОП необхідно застосовувати схеми включення мікросхем, рекомендовані виробником. На розрахункових схемах деякі неосновні входи ОП можуть бути опущені (рис. 5.2).

Рис.5.2 Спрощене умовне позначення ОП

Зазвичай ОП будують як ППС з безпосередніми зв'язками між каскадами, з диференційним входом і біполярним відносно амплітуди підсилюваного сигналу виходом. Це забезпечує нульові потенціали на вході і виході ОП за відсутності вхідного сигналу. Тому такі підсилювачі легко з'єднувати послідовно, а також охоплювати зворотними зв'язками.

За своєю структурою ОП бувають три- або двокаскадні.

За трикаскадною схемою будувались ОП у інтегральному виконанні першого покоління. Перший диференційний каскад у них працює в режимі мікрострумів, забезпечуючи тим самим високий вхідний опір. Другий диференційний каскад забезпечує підсилення напруги. Третій каскад, вихідний, виконується як двотактний з СК і забезпечує підсилення потужності, а також низький вихідний опір. ОII другого покоління будуються за двокаскадною схемою. Це стало можливим із зростанням рівня інтегральної технології. При цьому, перший каскад забезпечує і високий вхідний опір, і великий коефіцієнт підсилення за напругою. Другий каскад є підсилювачем потужності.

Свою назву ці підсилювачі одержали у зв'язку з тим, що спочатку вони використовувались для моделювання математичних операцій (додавання, віднімання, диференціювання, інтегрування та ін.) в аналогових обчислювальних машинах (АОМ).

Нині вони використовуються в основному як високоякісні підсилювачі напруги при побудові будь-яких електронних пристроїв

Поширеному застосуванню ОП сприяють їхні високі параметри. Це великий коефіцієнт підсилення за напругою, що становить Кц = (104-109); високий вхідний опір по кожному з входів – Rвх> 400 кОм; низький вихідний опір Rвих< 100 Ом; досить широкий частотний діапазон - від нуля до одиниць мегагерц.

Найважливішими характеристиками ОП є вихідні амплітудні (передатні) характеристики - Ueux=f(Uвx). Знімають ці характеристики, подаючи сигнал на один із входів і з'єднуючи інший з нульовою точкою.

Кожна вихідна характеристика має горизонтальні та скісну ділянки. Горизонтальні ділянки відповідають режимам повністю відкритого чи закритого транзистора вихідного каскаду (режимам насичення). При зміні напруги вхідного сигналу на цих ділянках вихідна напруга підсилювача залишається незмінною і визначається напругами, близькими до напруги джерел живлення.

Коефіцієнт підсилення визначається по скісних ділянках:


Через великий коефіцієнт підсилення ОП їх складно використовувати без додаткових стабілізуючих елементів, і на практиці схеми ОП, як правило, охоплюють ланцюжками зворотних зв'язків, тобто електричними ланцюгами, що зв'язують вихід підсилювача з одним із входів. Зв'язок виходу ОП з інвертним входом вважається негативним зворотним зв'язком, а зв'язок виходу з неінвертивним входом - позитивним зворотним зв'язком. ОП з негативним зворотним зв'язком використовуються як лінійних підсилювальних елементів, ОП з позитивним зворотним зв'язком виконує функції нелінійних елементів: пристроїв порівняння, генераторів імпульсів і т.д.
Розрахунок схем з негативним зворотним зв'язком ведеться на основі моделі ідеального операційного підсилювача: підсилювача з нескінченно великим
коефіцієнтом підсилення і нескінченно великим вхідним опором. З ознак ідеального ОП випливають такі його властивості:
• вхідні струми операційного підсилювача малі і тому ними нехтують;
• потенціали входів операційного підсилювача рівні un = ui (для схем з негативним зворотнім зв'язком за умови, що вихідна напруга підсилювача менша напруги насичення).
Напругою насичення вважається максимально можлива вихідна напруга ОП. Величина напруги насичення Umax зазвичай наводиться в довідкових даних підсилювача. У наближених розрахунках можна прийняти Umax рівним напрузі живлення ОП.

Для схем без зворотного зв'язку або з позитивним зворотним зв'язком вважається, що підсилювач не може перебувати в активному режимі, його вихідна напруга може приймати тільки два можливих значення, рівних напрузі насичення позитивної або негативної полярності. При цьому знак вихідного напруги повністю відповідає знаку різниці напруг на входах:


5.2. Програма виконання роботи 

Завдання 1.

Використовуючи модель ідеального операційного підсилювача розрахувати вихідну напругу схеми з операційним підсилювачем. Вихідні дані для розрахунку наведені в таблиці 5. Напруга насичення ОУ прийняти рівним + / - 12 В.
Таблиця 5. Варіанти завдань для розрахунку

Рис. 5.3. Розрахункові схеми на операційних підсилювачах

Для вирішення завдання необхідно:
1. Акуратно накреслити розрахункову схему.

2. Позначити всі струми в гілках схеми і потенціали вузлів. 

3. Скласти систему рівнянь відповідно до законів Кірхгофа для всіх вузлів і контурів схеми. 

4. Вирішити систему рівнянь будь-яким відомим методом.
5.
Занести результати розрахунку в таблицю 1.


Таблиця 1.

Напруга в контрольних точках

U1, В

U2, В

U3, В

Результати обрахунку

Результати моделювання з ідеальним операційним підсилювачем

Результати моделювання з реальним операційним підсилювачем

Моделювання схеми


Зібрати модель схеми в програмі «Electronics Workbench» версії 5.12. Встановити всі необхідні параметри схеми. Для вимірювання струмів і напруг у гілках схеми включити в неї вимірювальні прилади: амперметри та вольтметри.
Вибрати для дослідження схеми ідеальний операційний підсилювач. Включити модель. Результати моделювання занести в таблицю 5.
Замінити у схемі ідеальні операційний підсилювач на реальний фірми LM. Повторити моделювання. Результати знову занести до таблиці 5.
Порівняти результати моделювання з отриманими раніше розрахунковими даними. Зробити висновки про точність розрахунків, про вплив реальних параметрів операційного підсилювача на результати розрахунків.

Завдання 2.

1. Ознайомитися зі схемою операційного підсилювача К1УТ401А.

2. Використовуючи схему електричних з’єднань, визначити положення кнопок S3 і S2, при яких пристрій буде здійснювати операції, переліковані в таблиці 2. Відмітити входи, на які слід подавати сигнали. Результати занести в таблицю 2.

Таблиця 2.

Операція

S3

S2

Додавання

Віднімання

Диференціювання

Інтегрування

Рисунок 2 – Схема операційного підсилювача

3. Вставити плату лабораторної роботи в роз'єм стенда.

4. Включити стенд. Переконатися, що операційний підсилювач обнулений, тобто за відсутності вхідного сигналу напруги на виході напруга також дорівнює нулю. Контроль виконувати по вольтметру (mA 1 V) за шкалою 0 – 4 в.

5. Встановити кнопки S2 і S3 в положення, при якому буде виконуватися операція додавання.

6. Подати напруги на Вх1 і Вх2 та виміряти напругу на виході. Результати занести в таблицю 3.

Таблиця 3

Операція додавання

Операція віднімання

Uвх1

Uвх2

Uвих1

Uвих2

7. Встановити кнопки S2 і S3 в положення, при якому буде виконуватися операція віднімання. Повторити вимірювання за п.6. Результати занести в таблицю2.

8. При закінченні вимірювань встановити всі ручки на стенді в початковий стан. Виключити тумблер “Мережа”.

Перевірити точність результату додавання та віднімання вхідних сигналів, що подаються на вхід операційного підсилювача:

Uвих=Uвх1+Uвх2 та Uвих=Uвх1-Uвх2 відповідно.

5.3. Зміст звіту


Титульний аркуш. Розрахункові схеми. Розрахункові формули. Результати розрахунку. Висновки.

5.4. Контрольні питання

  1.  Що називається операційним підсилювачем?
  2.  Де застосовують операційні підсилювачі?
  3.  Які якості має операційний підсилювач?
  4.  Як позначається операційний підсилювач на схемах?
  5.  Охарактеризуйте амплітудні та частотні характеристики операційного підсилювача.
  6.  Що таке напруга зміщення нуля?
  7.  Які пристрої на основі операційних підсилювачів Ви знаєте?
  8.  Чим відрізняється схема інтегруючого підсилювача від диференціюючого?
  9.  Що таке компаратор?
  10.  Як отримують інвертуючи підсилювачі?
  11.   Чому рівні коефіцієнт посилення і вхідний опір операційного підсилювача?

  1.  Як розраховуються напруги на входах операційного підсилювача, охопленого негативним зворотним зв'язком?

  1.  Чи можна розрахувати схему на операційному підсилювачі, не вибираючи сам підсилювач?



V

-

+

Вх1

Вх2

R1

R2

R3

R4

C1

C2

DA

PV1,2

PV3

Вих

S3

1

2

1

2

S1

S2

1

2

0


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55116. Основы молекулярной генетики, моделирование процессов кодирования наследственной информации 38 KB
  Определить антикодоны транспортных РНК, которые осуществляют доставку к рибосомам следующих аминокислот: фенилаланин, серин, тирозин, цистеин, лейцин, треонин, лизин, глутамин.
55117. Рекультивация почв, засоленных и осолонцованных при загрязнении нефтепромысловыми сточными водами (НСВ). Методические указания 309 KB
  Цель занятия: научиться разрабатывать системы мероприятий по рекультивации засоленных и загрязненных НСВ земель; дать студентам знания: по известкованию почвы; изучить методы и расчеты норм известкования почвы; по гипсованию почвы; изучить методы и расчеты норм гипсования почвы; по засолению почв промывке почв; изучить методы и расчеты промывной нормы при засолении почвы....
55118. Единый социальный налог (взнос) 171 KB
  При однократном использовании данной льготы доходы за исключением оплаты труда наемных работников получаемые членами зарегистрированных в установленном порядке родовых семейных общин малочисленных народов Севера от реализации продукции полученной в результате...
55119. Рекультивация земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Методические указания 313 KB
  Ликвидация последствий разливов нефти проводится часто таким способом что происходит необратимое уничтожение плодородного слоя почвы например при сжигании нефти засыпке загрязненных участков грунтом вывозе загрязненной почвы в отвалы. 1988 смешивание загрязненных почв с чистой почвой для уменьшения содержания нефти и нефтепродуктов...
55121. Налог на прибыль организаций 188 KB
  Иностранные организации осуществляющие свою деятельность в Российской Федерации через постоянные представительства и или получающие доходы от источников в Российской Федерации. Не признаются налогоплательщиками организации являющиеся иностранными организаторами Олимпийских игр и...
55122. Закономерности наследования признаков 70.5 KB
  Цели: сформировать умения определять генотип и фенотип детей по генотипу родителей, а также генотип родителей по фенотипу детей, прогнозировать проявление признаков в потомстве.
55123. Рекультивация загрязненных почв. Методические рекомендации 370.5 KB
  Цель занятия: изучить методику исчисления размера вреда причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды; научиться разрабатывать системы мероприятий по рекультивации загрязненных земель.
55124. Упрощенная система налогообложения, порядок расчета налогообложения 58.5 KB
  Цель занятия: ознакомление с нормативными документами исчисления налога, изучение объекта налогообложения и особенностей определения налогооблагаемой базы, учет налога на счетах предприятия, приобретение навыков расчета налога, заполнения соответствующих налоговых документов