Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка по_2 лабе.doc
Скачиваний:
6
Добавлен:
17.11.2018
Размер:
360.45 Кб
Скачать

федеральное агентстВО по ОБРАЗОВАНИю РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Л

5

абораторные

работы

по

Аналоговой электронике

В.Л. КИМ

Лабораторные работы модуля 1.4. «типовые схемы включения операционных усилителей»

Методические указания

Томск 2007

УДК 621.38

Лабораторные работы по аналоговой электронике:

Методические указания к лабораторному циклу; в 9 кн. Кн. 5.

Ким В.Л. Лабораторные работы модуля 1.4. «Типовые схемы включения операционных усилителей». Методические указания. - Томск: Изд. ТПУ, 2007. – 20 с.

Печатается по постановлению Редакционно-издательского Совета Томского политехнического университета.

Темплан 2007

© Томский политехнический университет, 2007

Перечень лабораторных работ модуля 1.4.

«Типовые схемы включения операционных усилителей»

1.4.1. Инвертирующее включение ОУ. Усилитель, инвертор, делитель, сумматор.

1.4.2. Неинвертирующее включение ОУ. Усилитель, повторитель.

1.4.3. Дифференциальное включение ОУ. Вычитатель.

Лабораторная работа 1.4.1.

Инвертирующее включение ОУ

Усилитель, инвертор, делитель, сумматор

1. Цель работы:

- овладеть методикой экспериментального определения основных параметров и характеристик инвертирующего усилителя;

- освоить методику расчета основных параметров инвертирующего усилителя;

- понимать процессы в инвертирующем включении ОУ.

2. Краткие сведения по подготовке к лабораторной работе

ОУ обладают большим коэффициентом усиления по напряжению, поэтому они усиливают как малые полезные сигналы (микровольты), так и собственные шумы и наводки. Основной причиной, по которой коэффициент усиления ОУ делают большим, является обеспечение высокой стабильности его параметров при использовании глубокой отрицательной обратной связи (ООС).

В зависимости от вида ООС различают инвертирующие и неинвертирующие включения ОУ. Данная лабораторная работа посвящена исследованию инвертирующего включения ОУ.

Предварительно познакомимся с важнейшими правилами, которые определяют поведение ОУ, охваченного петлей ООС. Они справедливы почти для всех случаев.

Правило 1:

Так как дифференциальное входное напряжение стремится к нулю, то входы ОУ эквипотенциальны.

Правило 2:

Входы ОУ не потребляют.

Правило 3:

Выход ОУ близок к источнику ЭДС.

Таким образом, ОУ является источником ЭДС, управляемым ЭДС на входе.

Заметим, что эти правила справедливы при условии, когда ОУ находится в линейном режиме, т.е. его входы и выход не перегружены.

В инвертирующем усилителе (рисунок 1) входной сигнал и сигнал обратной связи противоположного знака суммируются с помощью резисторов R1 и R2. Как известно, такая обратная связь называется параллельной по входу. Что касается обратной связи по выходу, то она является по напряжению, так как напряжение обратной связи

UОС = ОС UВЫХ

при ОС = R1 / (R1 + R2) = const пропорционально UВЫХ.

Рисунок 1

Зная вид обратной связи и помня правила 1 и 2, можно определить основные параметры инвертирующего усилителя - коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления.

Воспользуемся вышеперечисленными правилами для получения формулы коэффициента усиления.

1. Потенциал точки А равен потенциалу точки В и также равен потенциалу земли. Поэтому в литературе точку А называют «виртуальная земля», «квазиземля» или «виртуальный нуль», «квазинуль».

2. Тогда UR1 = UВХ, а UR2 = UВЫХ.

3. Согласно правилу 2 и первому закону Кирхгофа получим = UВХ / UR1 = - UВЫХ / UR2.

Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя

КИН = UВЫХ / UВХ = - R2 / R1.

Еще проще можно найти входное сопротивление усилителя. Так как UА =0, то RВХ И = R1.

Не столь наглядно определяется выходное сопротивление. В этом случае следует воспользоваться постулатами теории обратной связи: если по выходу ООС по напряжению, то выходное сопротивление инвертирующего усилителя равно

RВЫХ И = RВЫХ ОУ / (1 + КУОС),

где RВЫХ ОУ - выходное сопротивление ОУ, КУ – коэффициент усиления ОУ.

Заметим, что с позиций теории ООС можно подтвердить полученные выше выражения для КИ и RВХ И.

В ОУ без ОС, начиная с некоторой частоты СР1 (рисунок 2), наблюдается спад коэффициента усиления. Одной из причин этого спада является то, что ОУ для сигналов, поступающих от источника с конечным выходным сопротивлением, представляет собой емкостную нагрузку. Поэтому ОУ эквивалентен фильтру низких частот.

Рисунок 2

При введении ООС АЧХ усилителя зависит от параметров элементов цепи ОС. Так для коэффициента усилителя, охваченного цепью ОС с коэффициентом передачи ОС2 или ОС3, происходит уменьшение коэффициента усиления и повышение частоты среза в (1 + КУОС) раз.

Действительно

KУ(j) = KУ(0) / (1+j / 1), (*)

где 1 = 1/ СР1, KУ(0) – коэффициент усиления ОУ на постоянном токе.

Подставляя (*) в формулу

KИН(j) = KУ(j) / (1+ КУ(j)ОС),

получим

KИН(j) = .

Следовательно, для такого усилителя частота среза, определяемая из условия

,

увеличивается пропорционально глубине ОС и полоса пропускания расширяется.

Для усилителей с АЧХ, характеризуемых (*), справедливо следующее утверждение: произведение коэффициента усиления на полосу пропускания, определяемую на уровне 3 дБ, - величина постоянная, т.е.

KИНСР = const.

Поэтому увеличение коэффициента усиления KИН приводит к сужению полосы пропускания и наоборот.

Полученные выражения являются базовыми и для неинвертирующего усилителя.