Теоретическое введение. Инвертирующие и неинвертирующие усилители

Инвертирующие и неинвертирующие усилители.

Характеристики операционного усилителя.

Лабораторная работа № 7

Цель работы: Исследование зависимости выходного напряжения инвертирующего и неинвертирующего усилителей от величины сопротивления обратной связи и величины нагрузки.

Операционный усилитель (ОУ) это аналоговая интегральная схема, с высокорезистивным дифференциальным входом и очень высоким коэффициентом усиления. Идеальный ОУ постоянного тока должен удовлетворять следующим требованиям к электрическим параметрам:

· Коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности

· Входное сопротивление стремится к бесконечности

· Если входное сопротивление равно нулю, то выходное тоже равно нулю

· Бесконечная полоса усиливаемых широт

Условное обозначение ОУ:

отечественное	международное

Рис 7.1

Инвертирующий вход ОУ изменяет выходной сигнал в противофазе, а неинвертирующий в фазе.

Реальный операционный усилитель характеризуется следующими параметрами:

Средний входной ток . В отсутствие сигнала на входах ОУ через его входные выводы протекают токи, обусловленные базовыми токами входных биполярных транзисторов или токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутренне сопротивление источника входного сигнала, создают падение напряжения на входе ОУ, которые могут вызвать падение напряжения на выходе в отсутствии сигнала на входе. Компенсация этого падения напряжения затруднена тем, что токи входов реальных ОУ могут отличаться друг от друга на 10..20%.

Входные токи ОУ можно оценить по среднему входному току, вычисляемому как среднее арифметическое токов инвертирующего и неинвертирующего входов:

где и соответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов.

Разность входных токов определяется выражением:

В справочниках обычно указывают модуль этой величины.

Схема для измерения входных токов представлена на рис. 7.2

Рис. 7.2

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе – показатель ОУ, определяющий усиление выходных сигналов. У идеального ОУ должен стремиться к бесконечности.

Коэффициент усиления напряжения схемы инвертирующего усилителя на ОУ (рис. 7.3) вычисляется по формуле: . Инвертирующий усилитель может, как ослаблять, так и усиливать сигнал.

рис. 7.3

Коэффициент усиления схемы неинвертирующего усилителя на ОУ (рис. 7.4) вычисляется по формуле: . Использую этот усилитель можно получить гарантированно усиленный сигнал.

Рис. 7.4

Напряжение смещения – значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе равнялось нулю.

Напряжение смещения можно вычислить, зная выходное напряжение при отсутствии напряжения на входе и коэффициент усиления:

Входное сопротивление . Различают две составляющие входного сопротивления: дифференциальное входное сопротивление и входное сопротивление по синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и «землей»). Входное дифференциальное сопротивление для биполярных ОУ находится в пределах 10 кОм…10Мом. Входное сопротивление по синфазному сигналу определяется как отношение приращения входного синфазного напряжения к вызванному приращению среднего входного тока :

Дифференциальное входное сопротивление наблюдается между входами ОУ и может быть определено по формуле:

где – изменение напряжения между входами ОУ, – изменение выходного тока.

Выходное сопротивление в интегральных ОУ составляет 20…2000Ом. Выходное сопротивление уменьшает амплитуду выходного сигнала, особенно при работе усилителя, на сравнимое с ним сопротивление нагрузки. Схема для измерения дифференциального входного сопротивления ОУ и выходного сопротивления на рис.7.5.

Рис.7.5

Скорость нарастания выходного напряжения равна отношению изменения выходного напряжения ОУ ко времени его нарастания при подаче на вход скачка напряжения. Время нарастания определяется интервалом времени, в течение которого выходное напряжение ОУ изменяется от 10% до 90% от своих установившихся значений.

Схема для измерения скорости нарастания выходного сопротивления ОУ и выходного сопротивления на рис.7.6. Измерения проводятся при подаче импульса в виде ступени на вход ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС) с общим коэффициентом усиления от 1 до 10.

Рис. 7.6

Коэффициента усиления схемы неинвертирующего усилителя на ОУ (рис.7.7) вычисляется по формуле:

Рис 7.7

Коэффициента усиления схемы инвертирующего усилителя на ОУ (рис.7.8) вычисляется по формуле:

Знак минус обозначает, что выходное напряжение инвертирующего усилителя находится в противофазе с выходным напряжением.

Рис 7.8

Постоянная составляющая выходного напряжения определяется произведением напряжения смещения на коэффициент усиления схемы.

Дата добавления: 2015-06-04