Лабораторна робота № 9 дослiдження пiдсилювачiв на інтегральних операцiйних пiдсилювачах

Мета роботи - вивчити та експериментально дослiдити рiзнi схеми ввімкнення операційних підсилювачів, їх параметри i характеристики. Розробити експериментальнi методики такого дослідження.

Короткі теоретичні відомості

Операційний підсилювач (ОП) - це підсилювач, що виконується на базі диференціального підсилювача постійного струму і відповідає таким вимогам:

- великий вхідний опір (ідеальний ОП - R_вх );

- малий вхідний опір (ідеальний ОП - R_вх 0);

- великий коефійієнт підсилення (10¹⁵-10⁶ в смузі підсилення: нуль - одиниці МГц);

- підсилення як з інверсією сигнала, так і без інверсії;

- малий дрейф нуля.

Перша вимога дозволяє підімкнути ОП до будь якого кола, не порушуючи його роботи. Друга вимога гарантує виконання ОП його функцій, не зважаючи на величину і характер навантаження. Четверта - забезпечує охоплення ОП зворотним зв’язком будь - якого виду (додатний чи від’ємний).

При виконанні усіх вказаних умов передаточна характеристика усієї системи з великою точністю відповідає передаточній характеристиці кола зворотного зв’язку і практично не залежить від параметрів ОП.

Сучасна промисловість випускає багато типів інтегральних ОП, які мають малі габарити і масу, відповідно дешеві і доступні. ОП використовуються в різних схемах ввімкнення.

Інвертувальний підсилювач на ОП, або інвертувальне ввімкнення ОП, реалізує паралельний ВЗЗ за напругою, (рис.9.1).

Для інвертувальної схеми включення ідеального ОП коефіцієнт підсилення за напругою дорівнює

К_U (9.1)

де  - коефіцієнт зворотного зв’язку.

Вихідна напруга має полярність, зворотну вхідній напрузі.

Рисунок 9.1 – Інвертувальний підсилювач

Вхідний опір зі сторони джерела сигналу визначається R_вх ≈ R1.

Вихідний опір такої схеми визначається зворотним зв’язком

(9.2)

де R_ВИХ - вихідний опір ОП без ЗЗ; К₀ - середнє значення коефіцієнта підсилення ОП, при розімкненому колі ВЗЗ.

Вплив R_ВХ і К₀ на вихідну напругу визначається співвідношенням

U_вих = – U_вх(9.3)

де R_ВХ - вхідний опір ОП без ЗЗ.

Вираз (9.3) показує, що коефіцієнт передачі реального ОП зі зворотним зв’язком менше ідеального значення R2  R1. Похибка зростає при зменшенні К₀ і R_ВХ.

Для зменшення зміщення нуля від дії вхідного струму під’єднують резистор R3. Резистор R3 вибирається з умови :

Неінвертувальний підсилювач - це включення ОП з послідовним зворотним зв’язком за напругою (рис.9.2).

Рисунок 9.2 – Неінвертувальний підсилювач

Коефіцієнт передачі неінвертуючого підсилювача з ідеальним оп дорівнює

Вхідний опір підсилювача

R^*_вх = R_вх(1+βК₀),

R^*_вх = R_вх

Вихідний опір підсилювача

R^*_вих =

Похибка неінвертувального підсилювача визначається виразом (9.3), якщо в ньому замість підставити.

Такий підсилювач має ще одну похибку, що викликається кінцевим значенням коефіцієнта послаблення синфазної напруги

U_вих = U_вх

де К_ПОС.СФ - коефіцієнт послаблення синфазної напруги.

У випадку підсилювач забезпечує K_u=1 і використовується в якості електричного буфера, тобто це повторювач напруги на ОП (Рис.9.3).

Диференціальна схема включення ОП (рис.9.4) є поєднання інвертувальної та неінвертуючої схеми. Для пояснення рпинципа дії цієї схеми треба мати на увазі, що різниця напруг між входами ОП приблизно дорівнює нулю.

В такому випадку U_ВИХ буде дорівнювати

U_вих = (U₂ – U₁)