Лабораторна робота №1

Тема: Дослідження характеристик операційного підсилювача.

Мета:

1. Вимір вхідних струмів операційного підсилювача (ОП).

2. Оцінка величин середнього вхідного струму і різниці вхідних струмів ОП.

3. Вимір напруги зсуву ОП.

4. Вимір диференціального вхідного опору ОП.

5. Обчислення вихідного опору ОП.

6. Вимір швидкості наростання вихідної напруги ОП.

Прилади й елементи

Вольтметр
Амперметр
Осцилограф
Функціональний генератор
Джерело напруги
ОП LМ741
Резистори

Короткі відомості з теорії

Інтегральний операційний підсилювач характеризується рядом параметрів, що описують цей компонент із погляду якості виконання ним своїх функцій. Серед параметрів, що приводяться звичайно в довідкових даних, основними є наступні.

Середній вхідний струм I_ВХ. Під час відсутності сигналу на входах ОП через його вхідні виводи протікають струми, обумовлені базовими струмами вхідних біполярних транзисторів або струмами витоку затворів для ОП з польовими транзисторами на вході. Вхідні струми, проходячи через внутрішній опір джерела вхідного сигналу, створюють падіння напруги на вході ОП, що можуть викликати появу напруги на виході при відсутності сигналу на вході. Компенсація цього падіння напруги утруднена тим, що струми входів реальних ОП можуть відрізнятися один від одного на 10...20%

Вхідні струми ОП можна оцінити по середньому вхідному струмі, що обчислюється як середнє арифметичне струмів інвертуючого і неінвертуючого входів:

,

де I₁ і I₂ відповідно струми інвертуючого і неінвертуючого входів.

Різниця вхідних струмів ∆I_ВХ визначається виразом:

.

У довідниках вказують модуль цієї величини.

Схема для виміру вхідних струмів представлена на мал. 1.

Коефіцієнт підсилення напруги на постійному струмі K₀ – показник ОП, що визначає наскільки добре виконує ОП основну функцію – посилення вхідних сигналів. В ідеального підсилювача коефіцієнт підсилення повинний прагнути до нескінченності.

Коефіцієнт підсилення напруги схеми підсилювача на ОП (мал. 1.2) обчислюється за формулою:

.

Напруга зсуву U_ЗС – значення напруги, який необхідно подати на вхід ОП, щоб напруга на його виході дорівнювала нулеві.

Напругу зсуву U_ЗС можна обчислити, знаючи вихідну напругу ∆U_BИХ при відсутності напруги на вході і коефіцієнт підсилення:

Вхідний опір R_ВХ. Розрізняють дві складові вхідного опору: диференціальний вхідний опір і вхідний опір по синфазному сигналу (опір витоку між кожним входом і "землею"). Вхідний диференціальний опір біполярних ОП знаходиться звичайно в межах 10 кОм...10 МОм. Вхідний опір по синфазному сигналі визначається як відношення збільшення вхідної синфазної напруги ∆U_BХ.СФ до викликаного збільшення середнього вхідного струму ∆I_BХ.СР:

.

Диференціальний вхідний опір спостерігається між входами ОП і може бути визначений за формулою:

,

де ∆U_ВХ - зміна напруги між входами ОП, ∆I_ВХ – зміна вхідного струму.

Вихідний опір R_ВИХ інтегральних ОП складає 20...2000 Ом. Вихідний опір зменшує амплітуду вихідного сигналу, особливо при роботі підсилювача, на порівнянний з ним опір навантаження. Схема для виміру диференціального вхідного опору ОП і вихідного опору приведена на мал. 1.3.

Швидкість наростання вихідної напруги V_UВИХ дорівнює відношенню зміни вихідної напруги ОП в часі її наростання при подачі на вхід стрибка напруги. Час наростання визначається інтервалом часу, у плині якого вихідна напруга ОП змінюється від 10% до 90% від своїх сталих значень.

Схема для виміру швидкості наростання вихідної напруги показана на мал. 1.4. Виміри проводяться при подачі імпульсу у виді ступіні на вхід ОП, охопленого негативним зворотним зв'язком (ООС) із загальним коефіцієнтом підсилення від 1 до 10.