Принцип работы операционных усилителей (инвертирующий ОУ, неинвертирующий ОУ, логарифмический усилитель, интегратор)

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО НГТУ

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра Автоматики

Лабораторная работа № 4

Операционные усилители

5 вариант

Студенты: Суворов Д.                                      Преподаватель: Жуков А.Б.

Сапрыкин О.

Бадмажапов Б.

Группа: АА-86

Дата: 04.05.10

Новосибирск 2010

Цель работы: Познакомиться с принципом работы операционных усилителей, в частности инвертирующим ОУ, неинвертирующим ОУ, логарифмическим усилителем, интегратором.

I. Инвертирующий ОУ

Рис. 1 Схема для снятия характеристик  ИОУ

Параметр	Идеальный ОУ	Реальный ОУ
Коэффициент усиления (А)	1,00E+06	30000
Входное сопротивление (RI)	1,00E+10	400000
Выходное сопротивление (RO)	1	50
Макс. Выходное напряжение (VSW)	20	12
Напряжение смещения нуля (VOS)	0	0.01
Входные токи (IBS)	0	5,00E-07
Разность входных токов (IOS)	0	2,00E-07
Скорость нарастания вых напряжения(SR)	1,00E+10	5,00E+07

ОУ: К140УД11, R₁=15 kOm, R₂=75 kOm, R₃=13 kOm

Рис. 2 Осциллограмма входного и выходного напряжений при U=5мВ, f=1кГц (10мВ/дел)

Разность фаз 180°

Ky_{расчет .}= -(R₂/R₁) = -(75/15) = -5;              Ky_{экспер.} = U_вых./U_вх. = 25,04mV/-5.00mV = -5,01.

Рис. 3 Осциллограмма входного и выходного напряжений при подключении клеммы «минус» ОУ к каналу В осциллографа (А: 5мВ/дел В: 10мкВ/дел)

Uо вых. эксп. = -62,3 мВ                 Uо вых. теор. = Uсм*Ky_{расчет .} = 0,01*(-5) = -50 мВ.

Рис. 4 Осциллограмма выходного напряжений при подаче на вход схемы двухполярного  пилообразного напряжения (U=5В, f=1Гц) (5В/дел)

Таблица 1.2 U_вых. = f(U_вх.)

Uвых(В)	12	6,3	3,26	1,46	0	-3,06	-5,17	-6,68	-7,58	-8,18	-10,58	-12
Uвх(В)	-2,78	-1,26	-0,65	-0,29	0	0,61	1,04	1,34	1,52	1,64	2,12	2,78

Рис. 5 U_вых. = f(U_вх.)

Uвх = 12 В – искажение формы выходного сигнала

Таблица 1.3 K = f(ln f) при U_вх. = 5mV

F	1	100	1000	100000	200000	400000	600000	800000
Ln(f)	0	4,60517	6,907755	11,51293	12,20607	12,89922	13,30468	13,59237
Uвых	17,67	17,67	17,67	17,67	17,61	17,42	17,11	16,71
K	4,991525	4,991525	4,991525	4,991525	4,974576	4,920904	4,833333	4,720339

1000000	2000000	3000000	5000000	10000000
13,81551	14,50866	14,91412	15,42495	16,1181
16,23	13,66	11,14	7,75	4,19
4,584746	3,858757	3,146893	2,189266	1,183616

Рис. 6 K = f(ln f)

II. Неинвертирующий ОУ

Рис. 7 Схема для снятия характеристик  неинвертирующего ОУ

Рис. 8 Осциллограмма входного и выходного напряжений при U=5мВ, f=1кГц

Разность фаз 0

Ky_{расчет .}= 1 + (R₂/R₁) = 1 + (75/15) = 6;                  Ky_{экспер.} = U_вых./U_вх. = 29,4mV/4,9mV = 6,005.

Рис. 9 Осциллограмма входного и выходного напряжений при подключении клеммы «минус» ОУ к каналу В осциллографа

Таблица 2.1 K = f(ln f) при U_вх. = 5mV

F	1	100	1000	100000	200000	400000	600000	800000
Lnf	0	4,60517	6,907755	11,51293	12,20607	12,89922	13,30468	13,59237
Uвых	21,2	21,21	21,21	21,19	21,14	20,93	20,59	20,16
K	5,988701	5,991525	5,991525	5,985876	5,971751	5,912429	5,816384	5,694915

1000000	2000000	3000000	5000000	10000000
13,81551	14,50866	14,91412	15,42495	16,1181
19,63	16,42	13,4	9,32	5,04
5,545198	4,638418	3,785311	2,632768	1,423729

Рис. 10 K = f(ln f)

Рис. 11 Осциллограмма выходного напряжений при подаче на вход схемы двухполярного  пилообразного напряжения (U=3В, f=1Гц)

Таблица 2.2 U_вых. = f(U_вх.)

Uвых	11,84	11,82	10,8	6,16	2,9	0	-2,9	-6,52	-9,05	-12,2	-12,21
Uвх	2,93	2,4	1,8	1,03	0,48	0	-0,49	-1,09	-1,51	-2,24	-2,98

Рис. 12 U_вых. = f(U_вх.)

III. Логарифмический усилитель

Рис. 13 Схема для снятия характеристик  логарифмического усилителя

Рис. 14 Осциллограмма входного и выходного напряжений при подаче на вход схемы однополярного пилообразного сигнала

Таблица 3.1 U_вых. = f(U_вх.)

Uвх (В)	5,66	4,94	4,3	2,51	1,22	0,92	0,47	0,15	0	-0,03	-0,07
Uвых (В)	-0,27	-0,26	-0,24	-0,22	-0,18	-0,16	-0,13	-0,07	0	0,15	12

Рис. 15 U_вых. = f(U_вх.)

IV. Интегратор

Рис. 16 Схема для снятия характеристик интегратора

Таблица 4.1 (U=5В, f=1кГц)

R1, кОм	10		С, нФ	10
С, нФ	20	50	R1, кОм	20	50
Uвых max, В	6,314	2,633	Uвых max, В	6,192	2,507
(Vu вых)max, В/с	25	10	(Vu вых)max, В/с	25	10

Рис. 17 Осциллограмма при R1 = 10кОм, С = 20нФ

Рис. 18 Осциллограмма при R1 = 10кОм, С = 50нФ

Рис. 19 Осциллограмма при R1 = 20кОм, С = 10нФ

Рис. 20 Осциллограмма при R1 = 50кОм, С = 10нФ

Вывод: Для инвертирующих и не инвертирующих ОУ:

Убедились, что расчетный и экспериментальный коэффициенты усиления совпадают, рассмотрели входные и выходные осциллограммы, рассмотрели АЧХ.

Рассмотрели осциллограммы Uвх, Uвых для логарифмического усилителя.

Рассмотрели 4 осциллограммы для интегратора при различных значениях R, C (попарно совпадают)