МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра БТС
отчет
по лабораторной работе №5
по дисциплине «Элементная база электроники»
Тема: Исследование ОУ при различных схемах включения
Студент гр. 7501 |
|
Исаков А.О. |
Студентка гр. 7501 |
|
Винограденко Ю.В. |
Преподаватель |
|
Шевченко Д.С. |
Санкт-Петербург
2019
Цель работы: Изучение поведения ОУ при различных схемах включения.
Используемое оборудование: NI ELVIS Bode Analyzer, макетная плата NI ELVIS, операционные усилители, осциллограф NI ELVIS, генератор сигнала NI ELVIS, резисторы, конденсаторы, Variable Power Supplies.
Основные теоретические положения
Операционный усилитель (ОУ) – интегральный компонент, обладающий дифференциальным входом и имеющий очень большой коэффициент усиления.
Свойства идеального ОУ:
-
Входное сопротивление идеального ОУ стремится к бесконечности.
-
Выходное сопротивление идеального ОУ равняется нулю.
-
Коэффициент усиления в идеальном ОУ бесконечно большой.
-
Коэффициент усиления в идеальном ОУ не зависит от частоты сигнала и постоянен на всех частотах (бесконечная рабочая полоса частот).
-
Разность потенциалов между инвертирующим и неинвертирующим входами равна нулю.
Из вышеуказанных свойств следуют два правила расчета ОУ:
-
Разность входа между инвертирующим и неинвертирующим входом равна нулю: .
-
Входы ОУ не потребляют ток: .
Основные схемы включения ОУ
Большинство схем включения ОУ содержат обратную связь. При этом самым распространённым типом обратной связи является отрицательная обратная связь (ООС). Отрицательная обратная связь - вид реакции системы, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое противодействует первоначальному изменению. Использование ООС позволяет нам сделать частотную характеристику ОУ более стабильной и самостоятельно определять коэффициент усиления схемы. В таблице 1 приведены основные схемы включения ОУ.
Таблица 1. Основные схемы включения ОУ
Название |
Коэффициент усиления |
Принципиальная схема |
Инвертирующий усилитель |
||
Неинвертирующий усилитель |
||
Повторитель напряжения |
Обработка результатов эксперимента
-
Инвертирующий усилитель
Uвх=6 Uвых=-12 R1=1 R2=2
Рисунок 1 Схема
инвертирующего усилителя
Рисунок 3 Показания вольтметра на выходе
Рисунок
2 Показания вольтметра на входе
Моделирование в Micro-Cap
Рисунок 4 Схема
инвертирующего усилителя в Micro-Cap
-
Неинвертирующий усилитель
Uвх=1 Uвых=10 R1=1 R2=7.5
Рисунок 5
Схема неинвертирующего усилителя
Рисунок 7 Показания вольтметра на выходе
Рисунок
6
Показания вольтметра на входе
Рисунок 8 Схема
неинвертирующего усилителя в Micro-Cap
-
Повторитель
Uвх=8 Uвых=8
Рисунок 9
Схема повторителя
Рисунок
10
Показания вольтметра на входе Рисунок
11
Показания вольтметра на выходе
Моделирование в Micro-Cap
Рисунок 12
Схема повторителя Micro-Cap
-
Дифференциальный усилитель
Рисунок 15 Показания вольтметра на инвертирующем входе
Рисунок 13
Схема дифференциального усилителя Рисунок
14 Показания вольтметра на неинверитирующем
входе
Рисунок
16
Показания вольтметра на выходе
Моделирование в Micro-Cap
Рисунок 17
Схема
дифференциального Micro-Cap
Вывод: в результате выполнения данной лабораторной работы были построены основные схемы с ОУ на макетных платах и в программе Micro-Cap. Можно сказать, что введение ООС улучшает частотные характеристики усилителя, способствует расширению полосы пропускания и снижению частотных искажений в пределах заданного диапазона частот, также ООС по напряжению обеспечивает стабилизацию выходного напряжения и коэффициента усиления напряжения усилителя. Сравнивая результаты экспериментальных и смоделированных схем, можно сказать, что смоделированные схемы более соответствуют теоретическим расчётам.