Исследование характеристик операционного усилителя. Исследование работы инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения. Исследование работы операционных усилителей на постоянном токе

Лабораторная работа 1.

      Исследование характеристик операционного усилителя

2.1.1 Эксперимент 1. Измерение входных токов

Для измерения входных токов необходимо собрать схему ( рис. 1.1) и измерить входные токи ОУ. По результатам измерений вычислить средний входной ток (1.1) и разность входных токов ОУ (1.2).

I_вх.ср=(I₁+I₂)/2                                             (1.1)

I_вх.ср=(0,09+0,07)/2=0,08 мкА

∆I_вх= I₁-I₂                                                (1.2)

∆I_вх=0,09-0,07=0,02 мкА

Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Измерение входных токов

Рис. 1.1 Схема для измерения входных токов ОУ

2.1.2 Эксперимент 2. Измерение напряжения смещения

Для измерения напряжения смещения необходимо собрать схему

(рис. 1.2) и измерить выходное напряжение усилителя DU_ВЫХ. По результатам измерений вычислить напряжение смещения U_СМ (1.4).

К_у=R₂/R₁                                               (1.3)

К_у=100000/100=1000

U_см=∆U_вх/ К_у                                               (1.4)

U_см=1,003/1000=1,003 мВ

Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Измерение напряжения смещения

Рис. 1.2 Схема для измерения напряжения смещения ОУ

2.1.3 Эксперимент 3. Измерение входного и выходного сопротивлений

Для измерения входного и выходного сопротивлений необходимо собрать схему (рис. 1.3) и измерить входной ток I_ВХ и выходное напряжение усилителя U_ВЫХ. Переключить ключ клавишей [Space]. Измерить входной ток I_ВХ после переключения ключа. По результатам измерений рассчитать изменение входного тока DI_ВХ и напряжения DU_ВХ. По результатам измерений вычислить входное дифференциальное сопротивление R_ВХ.ДИФ (1.6).

∆U_вх=U₁- U₂                                            (1.5)

∆U_вх=10-(-10)=20 мВ

R_вх.диф.=∆U_вх/∆I_вх                                           (1.6)

R_вх.диф.=20*10^-3/0,011*10^-6=1,8 МОм

Уменьшать сопротивление нагрузочного резистора R_L до тех пор, пока выходное напряжение U_ВЫХ не будет примерно равно половине значения полученного ранее. Найдём значение сопротивления R_L, которое в этом случае приблизительно равно выходному сопротивлению R_ВЫХ ОУ.

Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Измерение входного и выходного сопротивлений

Рис. 1.3 Схема для измерения входного дифференциального сопротивления

2.1.4 Эксперимент 4. Измерение времени нарастания выходного напряжения операционного усилителя

Для измерения времени нарастания выходного напряжения операционного усилителя необходимо собрать схему (рис. 1.4). Включить схему. По осциллограмме (рис. 1.5) измерить выходное напряжение усилителя U_ВЫХ и время установления выходного напряжения t_уст. По результатам измерений вычислить скорость нарастания выходного напряжения ОУ V_UВЫХ (1.7).

V_uвых= U_вых/t_уст                                          (1.7)

V_uвых=10/43,4=0,23 В/мкс

Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Измерение времени нарастания выходного  напряжения               операционного усилителя

Рис. 1.4 Схема для измерения времени нарастания выходного напряжения

Рис. 1.5

2.1.5 Эксперимент 5. Оценка амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик операционного усилителя

Провести сравнительный анализ различных усилителей на ОУ по частотным характеристикам (рис 1.6). Для оценки рабочего диапазона частот усилителя измерить его АЧХ и определить верхнюю граничную частоту по уровню 0,707, что соответствует (1.8) спаду усиления на –3дБ. Для оценки угла сдвига фазы между входным и выходным напряжениями на верхней граничной частоте f_В.ГР условной полосы пропускания усилителя измерить его ФЧХ с помощью измерителя амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Измерив период входного напряжения и временной сдвиг между входным и выходным напряжениями с помощью осциллографа (рис. 1.7), определить фазовый сдвиг на верхней граничной частоте f_В.ГР. Определить коэффициент частотных искажений М_В (1.9) на верхней граничной частоте f_В.ГР.

Φ_в=360*(Т2-Т1)_сдвиг/(Т2-Т1)_вх                                  (1.8)

Φ_в=360*1,1922/1,3317=224⁰

М_в=К₀/К_в                                                   (1.9)

М_в=1/0,707=1,414

Результаты измерений и расчётов занесём в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Оценка амплитудно-частотных и фазочастотных

 характеристик операционного усилителя

Рис 1.6 Схема для исследования частотных характеристик ОУ

Рис 1.7

Лабораторная работа 2.

Исследование работы неинвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Собрать схему работы неинвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения (рис. 2.1) и измерить амплитуду входного U_ВХ и выходного U_ВЫХ синусоидальных напряжений, постоянную составляющую выходного напряжения усилителя U_0ВЫХ и разность фаз между входным и выходным напряжением. Рассчитать коэффициент усиления напряжения К_У усилителя (2.1) по заданным значениям параметров компонентов схемы. По результатам измерений (рис. 2.2) вычислить коэффициент усиления по напряжению К_У усилителя (2.2). Используя значение напряжения смещения U_СМ, и вычисленное теоретическое значение коэффициента усиления, вычислить постоянную составляющую выходного напряжения (2.3).

К_у=1+R₁/R₂                                            (2.1)

К_у=1+200/1=201

К_у=U_вых/U_вх                                            (2.2)

К_у=1,2/5*10^-3=240

U_0вых=U_см* К_у                                                     (2.3)

U_0вых=1.003*10^-3*201=0.2 В

Результаты измерений и расчётов занесём в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 - Работа неинвертирующего усилителя в режиме усиления

                       синусоидального напряжения

Рис 2.1 Схема работы неинвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Рис 2.2

Уменьшить значение сопротивления R1 (см. рисунок 1.11) с 200 кОМ до 10 кОМ, амплитуду синусоидального напряжения генератора увеличить до 100 мВ. Повторить измерения и расчёты при новых параметрах компонентов. Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 - Исследование влияния параметров схемы неинвертирующего

 усилителя на режим её работы

Рис 2.3

Лабораторная работа 3.

Исследование работы инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Собрать схему работы инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения (рис. 3.1) и измерить амплитуду входного U_ВХ и выходного U_ВЫХ синусоидальных напряжений, постоянную составляющую выходного напряжения усилителя U_0ВЫХ и разность фаз между входным и выходным напряжением. Рассчитать коэффициент усиления напряжения К_У усилителя (2.1) по заданным значениям параметров компонентов схемы. По результатам измерений (рис. 3.2) вычислить коэффициент усиления по напряжению К_У усилителя (2.2). Используя значение напряжения смещения U_СМ, и вычисленное теоретическое значение коэффициента усиления, вычислить постоянную составляющую выходного напряжения (2.3). Результаты измерений и расчётов занесём в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 - Работа инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Рис 3.1 Схема работы инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Рис 3.2

Уменьшить значение сопротивления R1 (рис. 3.3) с 200 кОМ до 10 кОМ, амплитуду синусоидального напряжения генератора увеличить до 100 мВ. Повторить измерения и расчёты при новых параметрах компонентов