Исследование свойств операционного усилителя

Отчет

по лабораторной работе №22

«Свойства операционного усилителя»

Работу выполнили студенты гр. 2095:

Миронова Мария

      Хлевной Антон

Санкт-Петербург

2007

Исследование свойств операционного усилителя.

1. Исследование частотной зависимости собственного коэффициента усиления ОУ.

Схема 1: исследования АЧХ на низких частотах.

Ra = R = 100 кОм.

Ra/n = 1 кОм.

f, Гц	Un, мВ	Uвых, В	Ku=Uвых/Uвх=(Uвых/Un)*100	K1=20*LgKu
10	6.2	5	80645	98.13
100	58	4.8	8275	78.4
1000	554	4.6	831	58.4

Схема 2: исследования АЧХ на высоких частотах.

Ra = Rb = 10 кОм.

f, кГц	Uвх, мВ	Uвых, В	Ku=Uвых/Uвх	K1=20*LgKu
10	3.5	0.3	85.7	38.7
100	38	0.32	8.4	18.5
1000	53	0.044	0.83	0

f1 из эксперимента:

f1= 840кГц

Теоретический расчет f1:

f1=Ku(f)*f

f1=831*1000=831кГц

График 1.

2. Исследование нелинейных искажений, оценка максимальной скорости нарастания выходного напряжения.

Схема 3: измерения максимальной скорости нарастания.

Ra = 10 кОм.

Rb = 100 кОм.

Искажения синусоидального выходного напряжения, характерные для низких частот.

Uвх=7В, – напряжение, при котором проявляются искажения на экране осциллографа.

Динамические искажения.

Uвх=1.2В,

f=50кГц,   напряжение и частота, при которых на экране осциллографа наблюдается «пила».

Оценка значения максимальной скорости нарастания выходного напряжения.
U_m = 2 В,

f=50кГц,

V = 2πf U_m = 0.62 В/мкс.

Vпасп=0.5 В/мкс.

3. Измерение входных токов.

Схема 4: определения входных токов по измерению скорости заряда конденсатора.

C = 175 нФ.

I_вх (+) = -(ΔU_вых/ Δt) * C = (6.4 В/ 2 с) * 175 * 10^-9 = -560 нА.

I_вх (-) = (ΔU_вых/ Δt) * C = (5.4 В/ 2 с) * 175 * 10^-9 = 472 нА.

I_вх = 0,5 * (I_вх + I_вх) = 516 нА.

Δ I_вх = | I_вх - I_вх | = 88 нА.

Паспортные значения :

I_вх =500 нА.

Δ I_вх =200 нА.

4. Измерение напряжения смещения.

Схема 5: измерения входного напряжения смещения.

Ra = Rb = 100 Ом.

U_вых = 1.6 мВ.

U_см = U_вых / 2 = 0.8 мВ.

Паспортное значение :

U_см <10 мВ.

Исследование устройств, построенных на операционном усилителе.

1. Исследование неинвертирующего усилителя.

Схема 6: неинвертирующий усилитель.

Rн = 10 кОм.

1)АЧХ

Uвх=10мВ

Ra=5.1кОм

Rb=10кОм

f, кГц	Uвых, мВ	K=Uвых/Uвх	K0=20*LgK
0.01	30	3	9.5
90	28	2.8	8.9
200	26	2.6	8.3
290	21	2.1	6.4
510	16	1.6	4.1
840	10	1	0

Ктеор=1+ Rb/ Ra =1+10/5.1=3.

Кэксп=3.

fсреза(теор)=f1/K=840/3=280кГц.

fсреза(эксп)=290кГц

график 2

2)АЧХ

Uвх=10мВ

Ra=5.1кОм

Rb=100кОм

f, кГц	Uвых, мВ	K=Uвых/Uвх	K0=20*LgK
0.01	220	22	26.8
10	220	22	26.8
18	200	20	26
36	160	16	24.1
80	100	10	20
100	82	8.2	18.3
170	50	5	14
440	22	2	6

Ктеор=1+ Rb/ Ra =1+100/5.1=21.

Кэксп=22.

fсреза(теор)=f1/K=840/21=40кГц.

fсреза(эксп)=36кГц

график 3

3) Амплитудная характеристика

f=1кГц

Uвых, В	Uвх, В
2.8	0.1
4.8	0.2
6.8	0.3
8.2	0.36
8.8	0.4
9.2	0.5
10	0.6

график 4

2. Исследование логарифмического усилителя.

Uвх, В	Uвых, В
0.5	0.11
1	0.13
2	0.17
5	0.2

график 5

3. Исследование суммирующего усилителя.

Схема 8: Суммирующий усилитель.

Rн = 10 кОм.

Ra = 1 кОм.

Rb = 5,1 кОм.

f = 8 кГц.                              

график 6.

               Вывод: в ходе проделанной работы были исследованы основные свойства операционного усилителя. По экспериментальным данным была построена АЧХ собственного коэффициента усиления ОУ, по ней можно определить полосу частот с постоянным коэффициентом усиления, наклон характеристики составляет примерно 20 дБ на декаду, что совпадает с теоретической величиной. Далее были исследованы искажения выходного напряжения: такие как нелинейные искажения при подаче высокого входного напряжения и динамические искажения при высокой частоте сигнала. По данным эксперимента была определена максимальная скорость нарастания – предельно допустимая изменения выходного напряжения, при которой отсутствуют динамические искажения. Были определены токи Iвх(+) и Iвх(-), которые создают на резисторах падение напряжения, которое после усиления появляется на выходе ОУ и является ошибочным, так же было найдено входное напряжение смещения. Все эти паразитные параметры ОУ были измерены и их значения совпадают с приведёнными в паспорте данного ОУ.

               Во второй части работы исследовались устройства, построенные на основе ОУ такие как: неинвертирующий, логарифмический и суммирующий усилители. Для неинвертирующего усилителя по данным эксперимента была построена АЧХ .В ходе работы был исследован логарифмический усилитель, амплитудная характеристика которого подтвердила свой теоретический вид. В работе исследовался суммирующий усилитель, действующий как сумматор напряжений, поданных на разные входы. Выходной сигнал совпадает с предсказанным теоретически.