Краткие теоретические сведения

Исследование операционного усилителя

Лабораторная работа №9

Сделать краткие выводы по работе

Контрольные вопросы

4.1 Чем объяснить экономичность усилителя, работающего в режиме класса В?

4.2 Почему при уменьшении С₂ увеличиваются частотные искажения в области низких частот?

4.3 Какие параметры выходного сигнала зависят от С₃?

Цель работы: Изучение работы схем инвертирующего и неинвертирующего операционных усилителей (ОУ), измерение коэффициента усиления напряжения.

Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель с гальваническими связями, имеющий большой коэффициент усиления и работающий в схемах с глубокой обратной связью.

ОУ имеет большое входное сопротивление (десятки-сотни кОм), малое вы­ходное сопротивление (сотни Ом), большой коэффициент усиления по напряжению (до 10⁶ - 10⁷), малую мощность потребления (десятки мВт), нулевые потен­циалы на входных и выходных клеммах при отсутствии входных сигналов, малый температурный дрейф нулевого уровня (единицы мкВ/ ºС). Полоса пропускания ОУ простирается от постоянного тока, до сотен МГц.

Особенность ОУ - наличие двух входов: инвертирующего и неинвертирующего и одного (редко двух) общего выхода. При подаче на инвертирующий вход (обозначается знаком минус и кружочком в точке подключения) сигнала происхо­дит изменение его полярности, например, при подаче положительного импульса на выходе появляется отрицательный импульс.
Сигнал, поступающий на неинвертирующий вход (обозначается обычно знаком плюс), появляется на выходе без изменения полярности.

Питание ОУ производится от двух соединенных последовательно источников питания +Е_П и -Е_П, средняя точка при этом заземляется на корпус. Существуют также ОУ с однополярным питанием от одного источника.

На основе ОУ строят различные функциональные преобразователи аналого­вых сигналов: масштабные, интегрирующие, компараторы (схемы, реализующие аналоговое сравнение двух сигналов) и другие.

В инвертирующем ОУ, схема которого представлена на рисунке 1, напряжение U_ВХ подается на инвертирующий вход, из-за чего выходное напряжение будет инвертировано относительно входного.

Рисунок 1

Резисторы R_ОС, R₂, R₁ осуществляют в этой схеме параллельную обратную связь по напряжению, т.е. с выхода усилителя на его вход подается напряжение обратной связи:

(1)

где коэффициент передачи цепи обратной связи.

Неинвертирующий вход ОУ через резистор R₂ соединен с корпусом, т.е. имеет нулевой потенциал. Входное сопротивление ОУ будет фактически равно сопротивлению резистора R₁, а входной ток:

Коэффициент усиления ОУ при инвертирующем включении К_ин определяется отношением сопротивление резисторов в цепи обратной связи и равен:

(2)

Синфазный сигнал на входах схемы на рисунке 1 отсутствует, т.к. потенциал каждого из его входов равен нулю. Через входы реальной ИМС ОУ проходят токи, влияние которых на выходные напряжения не будут ощущаться при равенстве напряжений, создаваемых этими токами в симметричных цепях. Следовательно, сопротивления в цепях входов ОУ должны быть равными, то есть в схеме на рисунке 1 R₁=R_2.
В неинвертирующем ОУ, схема которого приведена на рисунке 2 сигнал U_ВХ поступает на неинвертирующий вход, благодаря чему U_BbIX синфазно U_BX.

Напряжение на выходе ОУ равно сумме напряжение на резисторах R_ОС и R_1.

(3)

Коэффициент усиления неинвертирующего ОУ:

(4)

Входное сопротивление в таком усилителе велико, т.к. между входами ИМС приложено напряжение U₀=0 и через схему проходит весьма незначительный входной ток, т.е:

(5)

где: коэффициент передачи цепи обратной связи.

Рисунок 2

Выходное сопротивление ОУ, наоборот, незначительно, как и в инвертирующем ОУ:

(6)

где: R_BbIX - выходное сопротивление ИМС.

В неинвертирующем ОУ напряжения обоих входов ИМС приблизительно одинаковы (разность напряжений дифференциального входа Uo=0), они равны напряжению неинвертирующего входа, т.е. на входах ИМС действует синфазный сигнал, значение которого близко к U_BX. Резистор R₂ вводится в схему для создания равного падения напряжений на обоих входах.

Дата добавления: 2017-02-01