Теоретические сведения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Тема: Исследование операционных усилителей

Цель: Научится экспериментально исследовать электрические свойства усилителей на базе операционного усилителя ОУ и определять их основные характеристики

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Операционным усилителем называется интегральная микросхема, представляющая собой усилитель постоянного тока с параметрами, приближающимися к идеальным.

Частотная характеристика ОУ не имеет спада в области низких частот, а верхняя граничная частота достигает достаточно больших значений (сотни мегагерц).

Питание ОУ осуществляется, как правило, от двух разнополярных источников питания одинакового напряжения. Условное обозначение ОУ представлено на рис. 1.

Верхний на рисунках вход ОУ называется неинвертирующим входом (при подаче сигнала на этот вход фаза сигнала на выходе совпадает с фазой входного), а нижний - инвертирующим входом (при подаче сигнала на этот вход фаза сигнала на выходе противоположна фазе входного).

Поскольку коэффициент усиления собственно ОУ очень велик, то использование его в качестве усилителя возможно лишь при охвате его отрицательной обратной связью (при отсутствии ООС даже крайне малый сигнал “шума” на входе ОУ даст на выходе ОУ напряжение, близкое к напряжению насыщения, немного меньшее напряжения источника питания).

Инвертирующий усилитель (рис. 2), изменяющий знак выходного сигнала относительно входного, создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R ос параллельной отрицательной обратной связи по напряжению. Входной сигнал подается через резистор R 1 на инвертирующий вход ОУ. При этом U o = 0 В.

Коэффициент усиления:

Неинвертирующий усилитель (рис. 3) содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, поданную по инвертирующему входу, входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя:

Амплитудные передаточные характеристики инвертирующего и неинвертирующего усилителей с обратной связью представлены на рис. 4 (соответственно 4, а и 4, б).

Рис. 4: а - амплитудные характеристики инвертирующего, б - неинвертирующего усилителей

Наклон рабочего участка характеристики определяется коэффициентом усиления каскада. На характеристиках имеются участки насыщения, начиная с некоторых значения входного напряжения U_{вх max}, выходное напряжение не увеличивается, а остается постоянным на уровне значения _нас, которое определяется

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

напряжением питания микросхем ОУ. При усилении переменного напряжения участок насыщения ограничивает амплитуду выходного напряжения, она остается на уровне _нас с ростом входного сигнала (рис. 5), появляются нелинейные искажения. Рис.5 Входное и выходное напряжения ОУ

Инвертирующий сумматор (рис. 6).

Схема выполняется по типу инвертирующего усилителя с числом параллельных ветвей на входе, равным количеству сигналов, предназначенных для сложения. Для каждого напряжения можно выбирать свой коэффициент усиления, который задается отношением величины сопротивления обратной связи к значению соответствующего резистора.

Рис. 6 Инвертирующий сумматор

Выходное напряжение определяется выражением:

Неинвертирующий сумматор (рис. 7 )

Выходные напряжения выражаются:

Преобразователь тока в напряжение (рис. 8).

Схема, осуществляющая преобразование тока в напряжение, является вариантом схемы на рисунке 2 при R 1 = 0.

Дата добавления: 2015-05-06