Изучение интегральной линейной схемотехники операционных усилителей

Министерство общего и профессионального образования РФ

Хабаровский Государственный Технический Университет

Кафедра “Вычислительная Техника”

Лабораторная работа № 2

-=Операционный усилитель=Выполнил:

Студент группы ВМ-02

Русанов А.

Гольцов М.

Мирошниченко Ю.

Проверил:

Доцент КТН

Зелёв Л. В.

Хабаровск 2003

Цель работы: изучение интегральной линейной схемотехники операционных усилителей, экспериментальные исследования и приобретение навыков работы с линейными интегральными схемами.

Основные параметры операционных усилителей

Напряжение смещения - значение напряжения, которое необходимо подать на вход  ОУ для того, чтобы установить на входе напряжение, равное нулю.

Входные токи - протекающие через вход ОУ; обусловлены токами баз биполярных транзисторов дифференциального каскада или токами утечек затворов полевых транзисторов.

Разность входных токов - отличие токов инвертирующего и не инвертирующего входов.

Дифференциальное входное сопротивление ОУ - взятое со знаком минус приращение дифференциального входного напряжения к изменению тока, не инвертирующего входа в режиме короткого замыкания.

Синфазное входное напряжение – отношение изменения синфазного входного напряжения к изменению тока инвертирующего или не инвертирующего входа при нулевом выходном напряжении в отсутствии нагрузки.

Выходной ток – максимальное допустимое значение выходного тока ОУ, при котором отсутствуют тепловые перегрузки микросхемы.

Сопротивление нагрузки – минимальное значение сопротивления, подключенного к выходу ОУ, при котором отсутствуют тепловые перегрузки микросхемы.

Максимальное выходное напряжение – величина напряжения на выходе ОУ, при котором нелинейные искажения не превышают заданного значения.

Ход работы:

1.  Определение напряжения смещения

Для определения напряжения смещения, используют следующую схему;

R1= 1000 Ом      R2=10k

U_вых=110 мВ      U_пит=13,7 В

Полученное после расчётов значение:   U_см=10мВ

2.  Определение входных токов

Измерение входных токов и их разностей выполняют по следующей схеме;

Таблица положения перемычек при снятии показаний

Вариант    Jumper1     Jumper2     U_вых В                              U’_вых В

(1)             1                  0                                  

(2)             0                  1                       

(3)             0                  0                         

Полученные, расчётные значения:

I ^–_вх= 0,355 mA                   (1) I_вх = 0,16 мкА      U= 16 мВ       R= 100k

I ⁺_вх= 7,07 mA                     (2) I_вх = 0,53 мкА      U= 53 мВ

DI _вх= 6,715 mA                 (3) I_вх = 0,3 мкА        U= 30 мВ

3.  Коэффициент усиления ОУ

Uвых1 = -8,64 В	Uх1 = -120 мВ	R10 =300 кОм
Uвых2 = 8,64 В	Uх2 = 20 мВ	R7 = 1 кОм

Коэффициент усиления ОУ рассчитывается по формуле:

Схема измерения коэффициента усиления по напряжению K_yU, выходного сопротивления R_вых и снятия АЧХ

Uвых1 = +8,42 В	Uвых2 = -8,42 В
Ux1 =  -70 мВ	Ux2 =  60 мВ
Uxн1 = -12 мВ	Uxн2 = -0,15 мВ

АЧХ Операционного Усилителя

f(Гц)	≤100	10	3,16 x10	102	3,0 x102	103	3,0 x103	104	3,0 x104	105	3,0 x105
Uх мВ	-49	-44	-50	-50	-45	-43	-42	-39	-38	-45	-44
Uв.д. мВ	-0,48	-0,43	-0,49	-0,49	-0,44	-0,43	-0,41	-0,38	-0,37	-0,44	-0,43
Uвых В	-2,8	-2,7	-2,9	-2,9	-2,8	-2,8	-2,7	-2,5	-1,8	-0,4	0
кКуU	5,83	6,41	6	5,9	6,36	6,53	6,57	6,56	4,86	0,9	0

 ; R₁₀ = 300 кОм;   R₇ = 1 кОм;

АЧХ ОУ, охваченных обратной связью

R₁ = 1 кОм;    R₃ = 1 МОм; R₂ = 1 кОм

Схема усилителя на ОУ, охваченном обратной связью.

4.  Входное сопротивление при синфазных входных напряжениях

Входное сопротивление при синфазных  входных напряжениях R_{вх. синф} измеряют по схеме рис. 4.  Резисторы и конденсаторы для схемы выбирают также, как и для измерения токов входа.

Ug₁ = +5,06 В                 Ug₂ = +5,06 В

Uy₁₁ = -22,15 В              Uy₁₂ = -22,15 В

Uy₂₁ = 11,77 В                Uy₂₂ = 15,4 В

Значения R_{вх. синф} вычисляются по формулам:

Схема для измерения входного сопротивления  при

синфазных входных напряжениях R_{вх. Синф}

 

5.  Дифференциальное входное сопротивление

R₃ = R₆ = 1 МОм; R₄ = 1 кОм; С₁ = 1 нФ.

Схема для измерения дифференциального входного сопротивления.

U_G1 = 4,6 В;               U _G2 = -4,4 В

U_вых21= 0,28 В            U_вых22= 0,1 В

6.  Коэффициент ослабления синфазного сигнала

R₃ = R₄ = 100 Ом; R₅ = R₇ = 10 кОм; R6 = 1 кОм; С₁ = 10 нФ.

Схема для измерения коэффициента ослабления синфазного сигнала К_ООС.

Вывод:  Благодаря своим схемотехническим особенностям, операционный усилитель обладает: большим коэффициентом усиления, малыми входными токами, малым входным и большим выходным сопротивлением. А именно, благодаря большому входному сопротивлению и высокому коэффициенту подавления синфазного сигнала, операционный усилитель получил широкое распространение в качестве универсального узла аналоговой электроники. Применение операционного усилителя без дополнительных схемотехнических решений ограничивается недостаточно широкой полосой пропускания, но введение отрицательной обратной связи позволяет значительно расширить область применения ОУ. Так же ОУ обладает выходным напряжением около 0 при U_вх=0В, т.е. напряжение смешения U_см = 0В. Реально же было получено U_{см =} 10 мВ.