5.4. Исследование статических параметров операционных усилителей
Для проверки режима работы схемы с операционным усилителем в статическом и в динамическом режиме, можно использовать стенд (рис. 5.7).
Анализ статического режима работы подразумевает проверку рабочих вольт-амперных харакреристик схемы при отсутствии переходных процессов в ОУ.
К статическим нормируемым параметрам ОУ относится до 8-и параметров:
напряжение смещения нуля UСМ.0; ток потребления и мощность потребления в отсутствии входного сигнала, ток и напряжение входные и выходные мах., и др.
В данной лабораторной работе наибольший интерес представляют параметры:
UСМ.0 - напряжение смещения нуля на выходе при заземленных входах ОУ;
UВЫХ,МАХ. - выходное напряжение при фиксированном напряжении питания Е.
UСМ.0. вносит наибольший вклад в погрешность работы ОУ в любом режиме.
Например, напряжение смещения (или сдвига) на выходе ОУ возникает при неравномерности (перекосе) питания или смещении напряжения на входе ОУ.
Существует несколько способов компенсации напряжения ошибки (UСМ.0 = UСДВ).
Для исследования статических входных и выходных вольтамперных характеристик в схеме стенда установлены переключатели (ключи) S1 – S6.
Переключатели S1 и S2 служат для подключения прямого и инверсного входов ОУ к источникам стабилизированного напряжения или к шине земля.
Ключ S5 служит для реализации в схеме цепи отрицательной обратной связи, которая позволяет обеспечить требуемый коэффициент КU.
Ключ S6 служит для коррекции ошибки напряжения смещения.
Ключи S3 и S4 служат для подключения ОУ к источникам питания.
Для 2-х полярного питания ОУ ключи S3 и S4 установить в пол. ‘1’
При однополярным питании ОУ требуется ключ S3 либо S4 вустановить в положение ‘1’, а ключ S4 либо ключ S3 – в положение 2 (соответственно).
При этом схема с ОУ будет работать в режиме (классе) А, и при отсутствии входного сигнала выходное напряжение должно составить: UВЫХ = (½)ЕПИТ.
5.5. Ход выполнения работы:
Варианты №1,№2,№3. Оценка погрешности напряжения смещения нуля UСм.0
Вар. №1. Исследовать UСМ.0 при использовании 2-х источников питания: Е1 и Е2;
Варианты №2 и 3 провести для одного источника питания, например, Е1 или Е2.
1) Опыт №1. Заземлить прямой и инвертирующий входы ОУ, переключив ключи S1 и S2 в полож. ‘1’ (рис. 5.7). При этом ключи S3 и S4 установить в полож. ‘1’, а ключи S5 и S6 – в полож. ‘0’. Измерить величину напряжение UСМ. на выходе ОУ и записать ее в таблицу №5.1, фиксируя знак выходного напряжения.
2) Опыты №2 – №4. Установить ключ S1 в полож. ‘1’, а ключи S5 и S2 в пол. ‘0’.
Резистором R3 поочередно устанавливать напряжение на входе UВХ.И = 0,50; 1,00 и 2,00 В и фиксировать в таблице 5.1 величину UВЫХ с учетом знака.
3) Опыты №5 – №7. Установить ключ S2 в полож ‘1’, а ключи S1 и S5 – в пол. ‘0’.
Резистором R4 поочередно устанавливать напряжение на прямом входе UВХ.Н = 0,50; 1,00 и 2,00 В и фиксировать в таблице 5.1 величину UВЫХ с учетом знака.
4) Опыт №8. Вновь заземлить прямой и инвертирующий входы ОУ, установив ключи S1 и S2 в полож. ‘1’, ключи S3 и S4 – в полож. ‘1’; ключ S5 – в полож. ‘0’ (но можно попробовать и в пол. ‘1’ ), а ключ S6 – в полож. ‘1’.
Изменяя положение R5 необходимо добиться значения UВЫХ = UСМ.0 = 0 (В) с погрешностью ±1 mВ. Достигнутый резильтат записать в таблицу 5.1.
5) Опыт №9. Установить ключ S2 в полож. ‘0’, а ключи S1 и S5 в полож. ‘2’.
Ключи S3, S4 и S6 – установить в полож. ‘1’. (Полож. резистора R5 не изменять).
Резистором R3 установить UВХ.И = 1,0В, а резистором RОС установить напряжение UВЫХ = 8,0 В (с учетом знака) и зафиксировать в табл. 5.1 остальные параметры.
6) Опыт №10. Установить ключ S1 в полож. ‘0’, а ключи S2 и S5 в полож. ‘2’.
Ключи S3, S4 и S6 – установить в полож. ‘1’.
Резистором R4 установить UВХ.Н = 1,0В. Проверить напряжение UВЫХ = 8,0 В (с учетом знака) не изменяя RОС. Зафиксировать в табл. 5.1 остальные параметры.
7) Оценить погрешность ΔUВЫХ . ΔUВЫХ = [(UСМ) /(UВЫХ)]∙100%
8) Вычислить RВЫХ.ОУ, KU и КJ для ОУ. КU. = UВЫХ/UВХ. КJ. = JН/JВХ = JН /(UВХ/10к).
Таблица №5.1 Оценка погрешности напряжения смещения
№ |
UВХ.И = U1 |
UВХ.Н = U2 |
UВЫХ = UН |
IВЫХ = IН |
ΔUВЫХ = UСМ.0 |
RВЫХ.ОУ |
KU |
KI |
Погрешн. UВЫХ % |
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,50 |
0,00 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1,00 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2,00 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0 |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0 |
1,00 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0 |
2,00 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0 |
0 |
0 |
|
±1 mВ |
|
|
|
Скоррект. |
9 |
1,00 |
0 |
8 В |
|
|
|
|
|
|
10 |
0 |
1,00 |
8 В |
|
|
|
|
|
|
Варианты №4, №5, №6.
Способ задания коэффициента усиления и режима работы ОУ
Вар. 4. Оценка параметров инвертирующего и неинвертирующего усилителя
при использовании двухполярного источника питания
1) Собрать схему инвертирующего усилителя, для чего: ключ S1 установить в полож. 2, а ключ S2 в полож. 1; ключи S3 и S4 установить в полож. 1; ключ S5 в полож. 2, а ключ S6 в полож. 1. (положение резистора R5 не изменять).
2) Опыт №1. Установить резистором R3 напряжение на инвертирующем входе U1 = 0,5 В. Изменяя положение резистора RОС добиться величины UВЫХ = 1,5 В.
Измерить ток в нагрузке IН и записать его в таблицу №5.2.
3) Опыт №2 – №4. Установить резистором R3 напряжение U1 = 1,0; 1,5 и 2,0 В, и не изменяя при положение резистора RОС зафиксировать UВЫХ и IН в табл. №5.2.
4) Собрать схему неинвертирующего усилителя, для чего: ключ S1 установить в полож. 1, а ключ S2 в полож. 2; ключи S3 и S4 установить в полож. 1; ключ S5 в полож. 2, а ключ S6 в полож. 1. (положение резистора R5 не изменять).
Таблица №5.2 Оценка погрешности напряжения смещения
№ |
UВХ.И = U1 |
UВХ.Н = U2 |
UВЫХ = UН |
IН = IВЫХ |
RОС |
KU |
KI |
Кр |
Δ% |
1 |
0,50 В |
0 |
1,50 В |
|
|
|
|
|
|
2 |
1,00 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1,50 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
2,00 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
0 |
0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0 |
1,00 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0 |
1,50 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0 |
2,00 |
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы к лабораторной работе №5:
1. Для каких целей (и где) используется операционные усилители?
2. Как определить коэффициент передачи схемы операционного усилителя?
3. Как влияет величина напряжения смещения UСМ на величину UВЫХ?
4. Как осуществить коррекцию UСМ в ОУ для снижения ошибки UВЫХ?
5. Чему должно быть равно входное и выходное сопротивление схемы ОУ?
6. Как работает схема ОУ, если используется однополярное питание?
7. В чем отличие дифференциального напряжения от синфазного напряжения?
Рекомендуемая литература
1. Гусев В.Г. Электроника. – М.: Высш. шк., 2003. - 616 с.
2. Кононенко В.В. Электротехника и электроника.– Ростов н/Д.: Феникс, 2004. -740 с.
3. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. - СПб.: Корона, 2000. - 415 с.
4. Рекус Г.Г., Чесноков В.Н. Лабораторный практикум по электротехнике
с основами электроники. – М.: Высш. шк., 2001. - 250 с.
5. Березкина Т.Ф., Гусев Н.Г. Задачник по общей электротехнике
с основами электроники. – М.: Высш. шк., 2001. - 377 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 6
Исследование рабочих характеристик элементов ТТЛ
Цель работы:
- изучение принципа построения схемы логического элемента;
- измерение статических вольтамперных характеристик логического элемента.
Задание:
1. Изучить принцип работы логического элемента ТТЛ;
2. Оценить статические входные и выходные параметры элемента TTЛ;
3. Исследовать передаточную (входную и выходную) ВАХ элемента ТТЛ,
определив пороговое входное напряжение и гистерезисные явления.
Приборы и оборудование:
1. Стенд №1 - схема ТТЛ, выполненной на дискретных элементах.
2. Стенд №2 - набор простых ТТЛ элементов: “И–НЕ” и “ИЛИ–НЕ”;
3. Блок питания: UП = 5 В; нагрузки в виде светодиодов.
4. Приборы - мультиметры: I =100mка; I = 10mA; U = 10 В; U = 1 В;
5. Осциллограф низкочастотный: С1-55 – С1-118 или однотипный;
6. Генератор цифровых сигналов, обеспечивающий fРАБ < 10000 Гц.