ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Кафедра «Приборостроение»

Лабораторная работа

«Исследование характеристик операционного усилителя»

Выполнила

студент гр. ПБС 31

Голованова Ирина

Проверил:

г. Ростов - на - Дону

2014 г

Операционный усилитель – это усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, имеющим дифференциальный вход и один общий выход. ОУ – это аналоговая интегральная микросхема, снабженная пятью выводами. Два вывода ОУ используются в качестве входных, один - является выходным и еще два вывода используются для подключения источника питания. Условно-графические изображения ОУ приведены на рисунке.

С учетом фазовых соотношений входного и выходного сигналов один из входных выводов (вход 1) называется неинвертирущим, а другой (вход 2) - инвертирующим. При подаче сигнала на неинвертирующий вход приращение выходного сигнала совпадает по знаку (фазе) с приращением входного сигнала. Если же сигнал подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак (противоположный по фазе) по сравнению с приращением входного сигнала. Инвертирующий вход часто используют для введения в операционный усилитель внешних отрицательных обратных связей.

Выходное напряжение Uвых связано с входными напряжениями Uвх1 и Uвх2 соотношением:

Uвых = Kу(Uвх1- Uвх2).

Из приведенного выражения следует, что ОУ воспринимает только разность входных напряжений, называемую дифференциальным входным сигналом, и нечувствителен к любой составляющей входного напряжения, воздействующей одновременно на два его входа (синфазный входной сигнал). Коэффициент усиления КУО в ОУ должен стремиться к бесконечности, однако на практике он ограничивается значением 10 -10 или 100-120 дБ.

В качестве источника питания ОУ используют двухполярный источник напряжения (+ЕП, - ЕП). Средний вывод этого источника является общей шиной для входных и выходных сигналов и в большинстве случаев не подключается к ОУ. В реальных ОУ напряжение питания лежит в диапазоне 3-18 В. Использование источника питания со средней точкой предполагает возможность изменения не только уровня, но и полярности как входного, так и выходного напряжений ОУ.

Реальные ОУ строятся на основе двух- или трехкаскадных усилителей постоянного тока. Структурная схема трехкаскадного ОУ приведена на рисунке.

Основу ОУ составляет дифференциальный каскад, применяемый в качестве входного каскада усилителя. Выходным каскадом ОУ обычно служит эмиттерный повторитель, обеспечивающий требуемую нагрузочную способность всей схемы, или усилитель мощности класса АВ. Поскольку коэффициент усиления по напряжению эмиттерного повторителя близок к единице, необходимое значение КUОУ достигается с помощью дополнительных усилительных каскадов, включаемых между дифференциальным каскадом и эмиттерным повторителем. Согласующий каскад служит для согласования выходного сигнала дифференциального усилителя с выходным каскадом ОУ, обеспечивая необходимое усиление сигнала по току и напряжению, а также согласование фаз сигналов.

Основные параметры ОУ.

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%.

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе КУ - 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 вычисляется по формуле:

Kу=R2/R1.

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

Uсм= Uвых/ Kу.

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.

RВХ.ДИФ= UВХ / IВХ.

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.

Скорость нарастания выходного напряжения Vuвых:

Vuвых= UВЫХ / tУСТ.

Цель исследования:

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.

Порядок проведения экспериментов:

Измерение входных токов.

Построим схему:

Измеряем входные токи ОУ. По результатам измерений вычисляем средний входной ток IВХ и разность входных токов ОУ IВХ.

Получаем: 1)Измерение входных токов:

Ток неинвертирующего входа = 0,09 мкА

Ток инвертирующего входа = 0,07 мкА

Средний входной ток (Iвх) = 0,08 мкА

Разность входных токов ОУ ( Iвх) = 0,02 мкА