Электроника №12 лабораторная работа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Кафедра Электроники

Лабораторная работа №12

«Исследование операционного усилителя»

Выполнил: **** Группа: ****

Проверил: ****

Москва ****

1. Цель работы

Изучение назначения, принципов построения и применения операционных усилителей (ОУ)

Операционный усилитель (ОУ) – это универсальная интегральная схема (ИС), предназначенная для решения самых разнообразных задач.

Согласно формуле Блэка, для усилителя с ООС на рис. 1:

= /(1 + β )

где коэффициент обратной связи

β = Uоос/Uвых =R1/(R1+R2)

ОУ (условное обозначение приведено на рис. 1), содержит несколько дифференциальных каскадов, что обеспечивает наличие двух входов и возможность инвертирующего и неинвертирующего включения. Плюсом на условном обозначении помечен неинвертирующий вход, минусом – инвертирующий.

Исследуемая схема:

В исследуемой схеме основное усиление обеспечивается двумя дифференциальными каскадами на биполярных транзисторах. Первый из них, входной, содержит одинаковые транзисторы Q3, Q4 и одинаковые резисторы R19, R1. Второй, более сложный каскад также симметричный – Q1, Q2, R18 – левое плечо, Q6, Q7, R7 – правое. Остальные элементы – вспомогательные.

Выполнение:

Предаточная (амплитудно-амплитудную) характеристика Uвых = f (Uвх )

Uвых макс= 14.17-23.173m =14.14В

Uвых мин= -23.173m-(-14) =14.023В

Uвх мин = 0-(-147m) = 0.147В

Uвх макс= 140m-0 = 0.14В

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) исследуемого ОУ

K_U = 40 дБ;

f пр=6.6K=6 600Гц

f ср=504.987K=504 987Гц

в 1.5 раза

Уменьшим глубину ООС, увеличив сопротивление R₁₁ в 1.5 раз

До изменений: R₁₁ = 100 кОм;

После изм.: R₁₁ = 150 кОм;

K_U^* = 43,485 дБ;

f пр=4.447K=4 447Гц

f ср=506.246K=506 246Гц

Вывод: При уменьшении сопротивления R₁₁ предельная частота f пр значительно уменьшается, а коэффициент усиления увеличивается. Из этого можно сделать вывод, что, уменьшая глубину отрицательной обратной связи, мы ухудшаем частотные свойства ради большего коэффициента усиления.

Контрольные вопросы

1. Что такое операционный усилитель?

Ответ:

Операционный усилитель - это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, имеющий дифференциальный вход и обычно один выход. Напряжение на выходе может превышать разность напряжений на входах в сотни или даже тысячи раз.

2. Какой тип усилительных каскадов используется в ОУ, что этим достигается?

Ответ:

Современные ОУ выпускаются в виде интегральных микросхем, содержащих несколько десятков транзисторов. Как правило, схема ОУ содержит два или три усилительных каскада. Первый каскад является дифференциальным усилителем. Он обеспечивает высокое входное сопротивление ОУ и ослабление синфазного сигнала. Второй каскад обеспечивает основную часть коэффициента усиления напряжения. Третий каскад является усилителем мощности.

3. Изобразите схему инвертирующего и неинвертирующего включения ОУ.

Ответ:

Инвертирующий усилитель характеризуется тем, что неинвертирующий вход операционного усилителя заземлён (то есть подключен к общему выводу питания).

Инвертирующее включение ОУ

Неинвертирующий усилитель характеризуется тем, что входной сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Данная схема включения изображена ниже

Неинвертирующее включение ОУ

4. Изобразите схему включения ОУ с ООС. Что даёт применение ООС?

Ответ:

Применение обратной отрицательной связи появляются положительные моменты.

1. Возрастает стабильность ОУ

2. Расширяется полосы пропускания

3. Стабилизирует коэффициент усиления усилителя, уменьшая его нестабильность

4. Уменьшение шумов

5. Изобразите АЧХ ОУ с обозначением KU , fпр , fгр .

Ответ:

6. Изобразите зависимость Uвых = f (Uвх) ОУ. Какая её часть используется для усиления без искажений? На каком участке и как здесь можно определить Ku?

Ответ:

Для усиления без искажение используется участок выделенный синий линией (линейный участок)

Коэффициент усиления по напряжение мы можем определить, как отношение приращения выходного напряжения к входному.

Ku=

7. Как влияет глубина ООС на АЧХ ОУ?

Ответ:

Обратная связь, изменяя коэффициент усиления усилителя, изменяет его частотную, фазовую характеристику. Глубина ООС уменьшает усиление устройства, но увеличение глубины ООС улучшает АЧХ ОУ.

8. Используя формулу Блэка, на примере ОУ с ООС (рис. 1) докажите, что при больших Ku обеспечивается высокая стабильность усиления.

Ответ:

формуле Блэка

где коэффициент обратной связи

Если Ku очень большой, что β Ku>>1 ,а значит коэффициент усиления с ООС фактически 1/ β. Отсюда следует, что свойства такого усилителя не зависят фактически от свойств ОУ. Коэффициент усиления будет зависеть обратной связи, что и обеспечит высокую стабильность усиления ОУ.