ФУУМЭ / 8201_lab2_

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Функциональные узлы и устройства микроэлектроники»

Тема: Исследование интегрального монолитного операционного усилителя

Студенты гр. 7201		Тихоласов А. К.
		Станчев Г. Д.
		Кушнерев А. А.
Преподаватель		Тупицын А. Д.

Санкт-Петербург

2020

Цель: Ознакомление со схемотехническими и конструктивными особенностями интегрального монолитного операционного усилителя и определение его основных характеристик и параметров.

Описание исследуемой схемы:

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема ОУ

В работе исследуется монолитный операционный усилитель К140УД1. Электрическая принципиальная схема ОУ приведена на рис. 2.2. Здесь ВДУ собран на транзисторах VT1 и VT2. Усиливаемые входные сигналы создают противофазные падения напряжений на резисторах R1 и R3. Каскад УН собран на эмиттерно-связанных VT4 и VT5. При этом в коллекторной цепи VT4 нагрузка отсутствует, и он оказывается включён по схеме эмиттерного повторителя. В цепи коллектора VT5 имеется нагрузка R8. При подаче входного напряжения на входы ОУ усиленное напряжение поступает с резистора R1 на базу VT5, изменяя ток его базы и, соответственно, коллектора. При этом усиленное напряжение с резистора R3, противофазное напряжению в базе VT5, поступая на базу VT4, изменяет его коллекторный ток на такую же величину, но в противофазе. Это приводит к тому, что его эмиттерный потенциал изменяется так же. При этом оказывается, что при попарной идентичности VT1 и VT2, VT4 и VT5 между базой и эмиттером VT5 приложено удвоенное изменение напряжением по сравнению с изменением напряжения на резисторе R3. Таким образом, падение напряжения на R8 представляет собой сумму усиленных напряжений на R1 и усиленное напряжение с R8 относительно общей точки схемы, мы осуществляем переход от дифференциального входа УН к несимметричному относительно общей точки выходу.

Транзисторы VT7 и VT8 обеспечивают сдвиг уровня напряжения в совокупности с R9, R10 и R12 и диодом VD1, защищающего от перегрузок цепь эмиттер-база VT7.

УМ построен на транзисторе VT9, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Сопротивление R12 обеспечивает небольшую положительную обратную связь, повышая общий коэффициент усиления.

ИНТ в виде «токового зеркала», собранный на VT3 и VT6, служит для

стабилизации работы ОУ. Сопротивления R2 и R7 в эмиттерных цепях VT3 и

VT6 обеспечивают необходимые значения стабильных токов транзисторов

ВДУ и УН.

Выводы «Коррекция» используются для подключения внешних коррек-

тирующих цепей.

Параметры ОУ К140УД9:

Uкбо(и) = 10 В				- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-база
Uкэо(и) = 10 В				- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер
Iкmax(и) = 50 мА				- Максимально допустимый импульсный ток коллектора
Pкmax(т) = 0,15 Вт				- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом
h21э = 20-300				- Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
Iкбо < 0.5 мкА				- Обратный ток коллектора
fгр > 800 МГц				- граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером Таблица 1. Амплитудные характеристики для 100 Гц
	Uвх, В	0,01	0,05		0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4
	Uвых, В	0,40062	1,615		3,134	4,652	6,161	7,247	7,246	7,246	7,246
	К(ус)	40,062	32,3		31,34	31,0133	30,805	28,988	24,1533	20,7028	18,115

Таблица 2. Амплитудные характеристики для 1 кГц

Uвх, В	0,01	0,05	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	1
Uвых, В	0,295	1,477	2,959	4,43	5,9	6,97	6,97	6,97	7,17
К(ус)	29,5	29,54	29,59	29,533	29,5	23,233	17,425	13,94	7,17

Таблица 3. Амплитудные характеристики для 100 кГц

Uвх, В	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,035	0,045	0,06	0,07
Uвых, В	0,2565	0,4165	0,5734	0,7388	0,9262	1,163	1,252	1,269	1,267
К(ус)	51,3	41,65	38,226	36,94	37,048	33,228	27,822	21,15	18,1

Таблица 4. Амплитудные характеристики для 400 кГц

Uвх, В	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,035	0,04	0,045	0,05
Uвых, В	0,242	0,3867	0,5341	0,6137	0,64707	0,6535	0,6387	0,6412	0,6262
К(ус)	48,4	38,67	35,60667	30,685	25,8828	18,67143	15,9675	14,24889	12,524

Таблица 5. Полученные данные моделирования (400 кГц и Uвх=0,01 В)

R, Ом	5200	2300	1200
Uвых, В	0,379857	0,374113	0,359917
Iвых, А	7,30494E-05	0,000163	0,0003
Rвых, Ом	64,10113122	103,4144

Таблица 6. Полученные данные моделирования (400 кГц и Uвх=0,06 В)

R, Ом	5200	2300	1200
Uвых, В	0,61017	0,569073	0,504313
Iвых, А	0,00011734	0,000247	0,00042
Rвых, Ом	315,9298892	374,6866

Таблица 7. Полученные данные моделирования (1 кГц и Uвх=0,15 В)

R, Ом	5200	2300	1200
Uвых, В	4,498	4,511	4,476
Iвых, А	0,000865	0,001961	0,00373
Rвых, Ом	11,85802102	19,78859

Таблица 8. Полученные данные моделирования (1 кГц и Uвх=0,5 В)

R, Ом	5200	2300	1200
Uвых, В	7,254	6,673	5,894
Iвых, А	0,001395	0,002901	0,004912
Rвых, Ом	385,712224	387,4923

Таблица 9. Полученные данные моделирования (1кГц)

Uвх, В	0,1	0,3	0,5	0,8	1	1,2	1,5	2	3
Uвых, В	0,6503	1,79	2,942	4,631	5,771	6,942	8,65	10,213	10,209
К(ус)	6,503	5,966667	5,884	5,78875	5,771	5,785	5,766667	5,1065	3,403

Обработка результатов:

1. Построим амплитудные характеристики усилителя:

Рис. 2. Амплитудная характеристика для f=100 Гц

Рис. 3. Амплитудная характеристика для f=1 кГц

Рис. 4. Амплитудная характеристика для f=100 кГц

Рис. 5. Амплитудная характеристика для f=400 кГц

Рис 6. Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для

f=100 Гц

Рис 7. Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для

f=1 кГц

Рис 8. Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для

f=100 кГц

Рис 9. Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для f=400 кГц

2. Определение выходного сопротивления усилителя по нагрузочным характеристикам:

3. Исследуем влияние асимметрии питания на параметры ОУ:

Рис. 10. Амплитудная характеристика на частоте 1 кГц

Рис. 11. Зависимость коэффициента усиления на частоте 1 кГц

Вывод:

В данной работе был исследован операционный усилитель К140УД1. Были произведены расчёты выходных характеристик при различных режимах согласования питающих напряжений. Опытным путём было установлено, что в режиме согласования выходное сопротивление меньше, по сравнению со вторым режимом, полученные результаты полностью подтверждают теорию. Также были рассчитаны выходные сопротивления и исследовано влияние асимметрии питания на параметры операционного усилителя.