Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ С

ОПЕРАЦИОННЫМ УСИЛИТЕЛЕМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с функциональными схемами на операционном усилителе (ОУ).

ЗАДАНИЕ

1 Ознакомление с микросхемой операционного усилителя – электрической схемой, основными параметрами схемы, маркировкой выводов.

2 Исследовать схему умножения на постоянный коэффициент, содержащую ОУ (решающий масштабный ОУ).

3 Исследовать сумматор на ОУ. Из опыта и расчета получить величину входного напряжения при заданных напряжениях на двух–трех входах.

4 Исследовать схему интегратора на ОУ. Опытным путем получить осциллограммы входного и выходного напряжений, подключая к входу генератор прямоугольных импульсов напряжения.

5 Исследовать дифференциатор, интегратор и активный полосовой фильтр на ОУ. Построить их амплитудно-частотные характеристики.

Основные теоретические положения

Операционный усилитель это усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления К=10³–10⁵ (60–100 дБ), высоким входным (десятки–сотни МОм) и малым выходным (единицы–десятки Ом) сопротивлением в широком диапазоне частот (0–100 МГц), который охвачен глубокой отрицательной обратной связью.

Операционные усилители широко используются в устройствах автоматики, вычислительной, измерительной техники и др.

На основе операционного усилителя путем подключения во внешние цепи усилителя дополнительных элементов – конденсаторов, резисторов, транзисторов, диодов, возможно получение различных решающих усилителей, импульсных генераторов, триггеров, стабилизаторов.

В приближенных расчетах таких устройств операционный усилитель является идеальным: коэффициент усиления напряжения (без цепи обратной связи) бесконечно большой:

.

Входное сопротивление усилителя бесконечно велико (i _{вх. ус}  0):

R _{вх. ус}   .

Выходное сопротивление усилителя мало:

R _{вых. ус}  0.

В данной работе рассматриваются вопросы, связанные с применением операционного усилителя в решающих устройствах, выполняющих различные математические операции: умножение, сложение, дифференцирование, интегрирование.

1 Микросхема операционного усилителя

На рис. 56 показано условное обозначение операционного усилителя, выполненного в виде интегральной микросхемы.

Рис.56

В интегральном исполнении ОУ серии 140 изготавливаются в металлостеклянных и пластмассовых корпусах с гибкими выводами, обозначенными на схеме цифрами. Вывод 3 – инвертирующий вход. Входное напряжение, подключаемое к этому выводу, находится в противофазе по отношению к выходному напряжению. Вывод 4 – неинвертирующий вход. Вывод 7 – выход. К выводам 8 и 5 подключаются источники питания напряжением Е = 15 В относительно общей точки схемы – вывод 1. К выводам 2 и 6 подключают переменный резистор 10 КОм для установки нулевого напряжения на выходе при отсутствии входного сигнала.

Принципиальная электрическая схема усилителя К140УД8 представлена на рис. 57.

Рис.57

Входной каскад собран на полевых транзисторах VT1, VT11. В цепи истока этих транзисторов включен стабилизатор тока на транзисторах VT4, VT5, а в стоках – два транзистора VT2, VT9, стабилизирующие режим работы дифференциальной пары. Второй каскад – несимметричный дифференциальный каскад на двух эмиттерных повторителях – выполнен на транзисторах VT7, VT12. Выход этого каскада соединен с входом усилителя напряжения, выполненного на составном транзисторе VT15, VT19, нагрузкой которого служит полевой транзистор VT17. С коллекторов транзисторов сигнал поступает на выходной каскад микросхемы – бестрансформаторный усилитель мощности на составных транзисторах VT20, VT22 и VT23, VT24. Сигнал положительной полярности усиливается составным транзистором VT20, VT22, а отрицательный – VT23, VT24. Транзисторы VT20, VT24 служат для защиты микросхемы от токов короткого замыкания. Также в микросхеме применена внутренняя коррекция.

В таблице 15 приведены основные параметры микросхемы К140УД8 и ее эксплуатационные характеристики.

Таблица 15

№ п/п	Параметры микросхем К140УД8	Значения параметров
		К140УД8А	К140УД8Б
1. 2. 3. 4. 5. 6.	ЭДС источников питания: + Е – Е Потребляемый ток Коэффициент усиления при холостом ходе Напряжение смещения Входное сопротивление Выходное сопротивление	+ 15 В - 15 В 5 мА 50000  50 мВ 1000 кОм 200 Ом	+ 15 В - 15 В 5 мА 20000  100 мВ 100 кОм 200 Ом
№ п/п	Эксплуатационные параметры микросхем К140УД8	Предельные значения эксплуатационных параметров
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.	Диапазон рабочих температур Относительная влажность при температуре 20С Давление окружающего воздуха Вибрация в диапазоне частот 5...600 Гц с ускорением Многократные удары с ускорением Линейные ускорения Максимальное входное напряжение Максимальный входной ток Максимальный выходной ток Максимальное напряжение источника питания Минимальное напряжение источника питания	от –10С до +70С до 98 % от 2,7104 до 3105 Па до 5 до 15 до 25 12 В 10 мА 10 мА 12 В 6 В