Операционный усилитель (стр. 1 из 3)

1. Характеристики операционного усилителя

Цель

1. Измерение входных токов операционного усилителя (ОУ).

2. Оценка величин среднего входного тока и разности входных токов ОУ.

3. Измерение напряжения смещения ОУ.

4. Измерение дифференциального входного сопротивления ОУ.

5. Вычисление выходного сопротивления ОУ.

6. Измерение скорости нарастания выходного напряжения ОУ.

Приборы и элементы

Вольтметр

Амперметр

Осциллограф

Функциональный генератор

Источник напряжения

ОУ LM741

Резисторы

Краткие сведения из теории

Интегральный операционный усилитель характеризуется рядом параметров, описывающих этот компонент с точки зрения качества выполнения им своих функций. Среди параметров, обычно приводимых в справочных данных, основными являются следующие.

Средний входной ток IВХ . 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 внутреннее сопротивление источника входного сигнала, создают падения напряжения на входе ОУ, которые могут вызвать появление 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 I1 и I2 соответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов.

Разность входных токов

определяется выражением:

.

В справочниках указывают модуль этой величины.

Схема для измерения входных токов представлена на рис. 3.1.

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе К0 - показатель ОУ, определяющий насколько хорошо выполняет ОУ основную функцию - усиление входных сигналов. У идеального усилителя коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности.

Коэффициент усиления напряжения схемы усилителя на ОУ (рис. 3.2 ) вычисляется по формуле:

.

Напряжение смещения UСМ - значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю.

Напряжение смещения UСМ можно вычислить, зная выходное напряжение

при отсутствии напряжения на входе и коэффициент усиления:

.

Входное сопротивление RВХ . 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 обычно в пределах 10 кОм …10 МОм. 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 входного тока.

Выходное сопротивление RВЫХ в интегральных ОУ составляет 20...2000 Ом. 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 приведена на рис. 3.3 .

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

.

Схема для измерения скорости нарастания выходного напряжения показана на рис. 3.4 . Измерения проводятся при подаче импульса в виде ступени на вход ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС) с общим коэффициентом усиления от 1 до 10.

Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Измерение входных оков

Откройте файл c11_001 со схемой, изображенной на рис.3 .1 :

Включите схему. Измерьте входные токи ОУ. По результатам измерений вычислите средний входной ток IВХ и разность

входных токов ОУ. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 2. Измерение напряжения смещения

Откройте файл c11_002 со схемой, изображенной на рис.3 .2 :

Включите схему. Запишите показания вольтметра в раздел "Результаты экспериментов". По результатам измерения, вычислите напряжение смещения UCM , используя коэффициент усиления схемы на ОУ. Результаты вычислений также занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Измерение входного и выходного сопротивлений

а). Откройте файл с11_003 со схемой, изображенной на рис. 3.3 :

Включите схему. Измерьте входной ток IВХ и выходное напряжение UВХ , запишите показания в раздел "Результаты экспериментов". Переключите ключ клавишей [Space]. Измерьте входной ток после переключения ключа.

Рассчитайте изменения входного напряжения и тока. По полученным результатам вычислите дифференциальное входное сопротивление ОУ. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

б). Уменьшайте сопротивление нагрузочного резистора RL до тех пор, пока выходное напряжение UВЫХ не будет примерно равно половине значения полученного в п. а). Запишите значение сопротивления RL , которое в этом случае приблизительно равно выходному сопротивлению UВЫХ ОУ, в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 4. Измерение времени нарастания выходного напряжения ОУ

Откройте файл c11_004 со схемой, изображенной на рис. 3.4 :

Включите схему. Зарисуйте осциллограмму выходного напряжения в раздел "Результаты экспериментов". По осциллограмме определите величину выходного напряжения, время его установления и вычислите скорость нарастания выходного напряжения в В/мкс. Запишите результат в раздел "Результаты экспериментов".

Результаты экспериментов

Эксперимент1. Измерение входных токов

Измерение

________________________________

Ток (I1 ) неинвертирующего входа

Измерение

________________________________

Ток (I2 ) инвертирующего входа

Расчет по результатам измерений

________________________________

Средний входной токI ВХ

Расчет по результатам измерений

________________________________

Разность входных токов ОУ

Эксперимент 2. Измерение напряжения смещения

Измерение

________________________________

Выходное напряжение усилителя UВЫХ

Измерение

________________________________

Коэффициент усиления схемы

Расчет по результатам измерений

________________________________

Напряжение смещения UCM

Эксперимент 3. Измерение входного и выходного сопротивлений


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.