II.III Исследование логарифмического усилителя

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций

 

Лабораторная работа № 22

Свойства операционного усилителя

 

 

Группа: 2097/2

Бригада №: 6

Студенты: Галл Р.Д.

Потапов Г.С.

Преподаватель: Гуськов А.Б.

 

 

Цель работы –углубление знаний о свойствах типовых операционных усилителей и о принципах построения аналоговых электронных устройств на их основе; приобретение навыков измерения и оценки параметров ОУ.

 

 

(подпись, дата)

Работа выполнена:

(дата)

 

Отчёт принят:

I Исследование свойств операционного усилителя.

I.I Исследование частотной зависимости собственного коэффициента усиления ОУ

(а)
(б)

 

Рис.1 Схемы исследования АЧХ

а) на низких частотах; б) на высоких частотах

 

На низких частотах:
f, Гц Uвых, В U­­вх, мВ Ku0=(Uвых/Uвх)*100 Ku=20*lg(Ku0)
125*103
102 12.5*103
103 1.25*103
На высоких частотах:
f, Гц Uвых, В U­­вх, мВ Ku0=Uвых/Uвх Ku=20*lg(Ku0)
103 0.33 0.24
104 0.33 2.4 137.5
105 0.33 12.69

 

 

 

Ku0=1 при f1=13.6*105 Гц (Экспериментальное)

f1=Ku(f)*f=1375*103=13.75*105 Гц (Теоретическое)

I.II Исследование нелинейных искажений, оценка максимальной скорости нарастания выходного напряжения

 

Искажения синусоидального выходного напряжения, характерные для низких частот. Динамические искажения:

 

 

 

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения:

 

f, Гц Um, В V=2fUm, В/с
4*104 2.8 7*105
105 6*105
8*104 1.35 7*105

Vср = 0.7 В/мкс (Экспериментальное) Паспортные данные: V = 0.5 В/мкс

 

 

I.III Измерение входных токов

Iвх+: U=-10 В; t=8.4 c; C=100 нФ; Iвх+=-(U/t)*C=119 нА

Iвх- : U=11.6 В; t=11.6 c; C=100 нФ; Iвх-=(U/t)*C=100 нА

 

Iвх=(Iвх++Iвх-)/2=109.5 нА

Iвх=| Iвх+-Iвх-|=9.5 нА

 

Паспортное значение: Iвх не более 500 нА; Iвх не более 200 нА

 

I.IV Измерение напряжение смещения

 

II.I Исследование неинвертирующего усилителя

I R=1 кОм; R=5.1 кОм; fc=7*105 Гц; Kни=1+ R/ R=6.1; fc*Kни=7*105*4=2.8*106 Гц; f1=3*106 Гц;
f, Гц Uc, мВ Uвых, В K= Uвых / Uc 20*lg(k), дБ
1.8 5.63
102 1.8 5.63
103 1.8 5.63
104 1.8 5.63
105 1.6
3*106 0.32
II R=1 кОм; R=100 кОм; fc=3*104 Гц; Kни=1+ R/ R=101 fc*Kни=3*104*71=2.1*106 Гц; f1=2.9*106 Гц;
102
103
104 1.8
105 0.25 12.5
106 40*10-3
2.9*106 20*10-3

 

 

 

II.II Исследование инвертирующего усилителя

 

 

II.III Исследование логарифмического усилителя

Uвх, мВ Uвых, В lg(Uвх/1мВ)
-0.45 1.2
-0.65 1.4
-0.8 1.6
-1 1.7
-1.15 1.9
-1.2 1.9
-1.45 2.1
-1.6 2.2
-1.7 2.25
-1.75 2.3

 

 

 

 

Вывод:

I.I. Амплитудно-частотная характеристика(АЧХ) собственного коэффициента усиления,

полученная в результате эксперимента, по виду совпала с АЧХ, приведённой в теоретической выкладке (до 10 Гц коэффициент усиления не меняется, затем падает со “скоростью” 20 дБ/дек). Частота единичного усиления, полученная в эксперименте (13.6*105 Гц), на 1% отличается от теоретического значения (13.75*105 Гц).

I.II. В ходе эксперимента было подтверждено, что при значительном увеличении амплитуды входного напряжения на низких частотах выходное напряжение имеет вид усечённой синусоиды из-за того, что выходное напряжение не может быть больше 10 В (в данном случае). При динамических искажениях (при значительном увеличении частоты) синусоида на выходе превращается в “пилу”. Максимальная скорость нарастания выходного напряжения, полученная из эксперимента: 0.7 В/мкс, в паспортных данных не менее 0.5 В/мкс.

I.III.В результате эксперимента были получены значения входных токов операционного усилителя: Iвх+=119 нА; Iвх-=100 нА.

Усреднённый входной ток 109.5 нА оказался меньше паспортного значения (500 нА). Разность входных токов 19 нА оказалась меньше 200 нА.

I.IV. Входное напряжение смещения, измеренное в ходе эксперимента, оказалось равным 0.25 мВ.

II.I. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) неинвертирующего усилителя, снятая в ходе эксперимента при двух значениях коэффициента усиления (6.1 и 101), по форме совпала с АЧХ из теоретической выкладки;

при частоте, большей частоты среза, наклон графика составил 20 дБ/дек; на частотах, больших частоты среза при коэффициенте усиления 6.1, графики совпали.

Были найдены:

1) частоты единичного усиления: для K=6.1 f1=3*106 Гц; для K=101 f1=2.9*106 Гц;

2) частоты среза: для K=6.1 fср=7*105 Гц; для K=101 fср=3*104 Гц;

 

1. f1/fср=4.3, что на 30% отличается от K=6.1;

2. f1/fср=97, что на 4% отличается от K=101.

 

II.II. Измеренный в ходе эксперимента коэффициент усиления инвертирующего усилителя (-100) совпадает с рассчитанным по формуле

К=- R/ R=-100; из построенной передаточной характеристики видно, что при напряжении входа, меньшем 110 мВ, напряжение выхода растёт прямо пропорционально напряжению на входе (участок линейного усиления); а при напряжении входа, большем 110 мВ, напряжение выхода не меняется (участок насыщения).

II.III.В ходе эксперимента была снята передаточная характеристика логарифмического усилителя, из которой видно, что благодаря нелинейному сопротивлению (полупроводниковому диоду) в цепи обратной связи выходное сопротивление прямо пропорционально логарифму входного сопротивления.