11.3. Обробка результатів досліджень

1. Побудувати на міліметровому папері АЧХ каскаду з СЕ. Визначити смугу пропускання підсилювача.

2. Побудувати на міліметровому папері амілітудну характеристику каскаду з СЕ. Визначити динамічний діапазон підсилювального каскаду.

3. Побудувати на міліметровому папері графіки залежностей, каскаду. Визначити вихідний динамічний опір підсилювача.

4. Побудувати на міліметровому папері графіки залежностей каскаду, пояснити вплив ємності на коефіцієнт підсилення.

5. Зробити висновок про виконану роботу.

11.4. Контрольні питання

1. Яке призначення елементів в підсилювачі з СЕ?

2. Як визначаються струми та напруги спокою підсилювального каскаду з СЕ?

3. За схемою заміщення підсилювального каскаду з СЕ в режимі малого сигналу виведіть значення динамічних параметрів та .

4. Як за АЧХ підсилювача визначити його смугу пропускання?

Лабораторна робота № 12

^{Дослідження Характеристик операційних підсилювачів}

Мета роботи:

1. Вимірювання вхідних струмів операційного підсилювача (ОП).

2. Оцінка величин середнього вхідного струму та різниці вхідних струмів ОП.

3. Вимірювання напруги зсуву ОП.

4. Вимірювання диференціального вхідного опору ОП.

5. Обчислення вихідного опору ОП.

6. Вимірювання швидкості наростання вихідної напруги ОП.

12.1. Основні теоретичні відомості

Інтегральний операційний підсилювач характеризується рядом параметрів, таких як напруга живлення, споживаний струм, максимальне значення струму навантаження і інші. Серед параметрів, які описують цей компонент з погляду якості виконання ним своїх функцій і які звичайно наводяться в довідкових даних, основними є вказані нижче.

Коефіцієнт підсилення при постійній напрузі К₀ – один з основних показників. Дорівнює відношенню значення вихідної напруги до різниці вхідних напруг.

,

де – напруга на неінвертуючому вході; – напруга на інвертуючому вході.

Напруга зсуву. Напруга зсуву викликає появу вихідної напруги в ОП навіть при відсутності вхідного сигналу внаслідок неідеальності ОП. U_зc дорівнює значенню напруги, яку необхідно подати на вхід ОП, щоб напруга на його виході дорівнювала нулю.

Напругу зсуву U_зc можна обчислити, знаючи вихідну напругу U_ВИХ за відсутності напруги на вході і коефіцієнт підсилення:

.

Середній вхідний струм І_вх. Через вхідні виводи ОП в робочому режимі протікають струми, обумовлені струмами баз або затворів вхідних транзисторів ОП. Вхідні струми створюють спад напруги на зовнішніх опорах і відповідно на виході ОП.

Середннє значення вхідного струму обчислюють як середнє арифметичне струмів інвертуючого та неінвертуючого входів:

,

де І₁ та І₂ відповідно струми неінвертуючого та інвертуючого входів.

Різниця вхідних струмів ΔI_вх визначається виразом:

.

У довідниках вказують модуль цієї величини.

Схема для вимірювання вхідних струмів представлена на рисунку 12.1,а.

а)

б)

Рисунок 12.1

Вхідний опір R_BХ. Розрізняють два види вхідного опору: диференціальний вхідний опір (опір між кожним входом і "землею") і вхідний опір за синфазним сигналом (опір між входами). Вхідний диференціальний опір для біполярних ОП знаходиться звичайно в межах 10 кОм...10 МОм. Вхідний опір за синфазним сигналом визначається як відношення приросту вхідної синфазної напруги U_вх.сф до викликаного приросту середнього вхідного струму I_вх.сф:

,

де U_вх – зміна напруги між входами ОП, I_вх.сф – зміна вхідного струму.

Схема для вимірювання диференціального вхідного опору ОП і вихідного опору наведена на рисунку 12.2.

а)

б)

Рисунок 12.2

Вихідний опір R_ВИХ в інтегральних ОП складає 20...2000 Ом. Вихідний опір зменшує амплітуду вихідного сигналу, особливо при роботі підсилювача, на порівнянний з ним опір навантаження.

Швидкість наростання вихідної напруги ΔU_вих дорівнює відношенню зміни вихідної напруги ОП до часу її наростання при подачі на вхід стрибка напруги. Час наростання визначається інтервалом часу, на протязі якого вихідна напруга ОП змінюється від 10% до 90% від своїх сталих значень.

.

Схема для вимірювання швидкості наростання вихідної напруги показана на рисунку 12.3. Вимірювання проводяться при подачі імпульсу у вигляді сходинки на вхід ОП, охопленого негативним зворотним зв'язком (ООС) із загальним коефіцієнтом підсилення від 1 до 10.

Коефіцієнт підсилення напруги схеми підсилювача на ОП (рисунок 12.3) обчислюється за формулою:

.

а)

б)

Рисунок 12.3

12.2. Прилади та елементи

При проведенні експериментів використовуються: вольтметр, амперметр, осцилограф, функціональний генератор, джерело напруги, ОП LM741, резистори.

12.3. Порядок виконання роботи

12.3.1. Вимірювання вхідних струмів

Змоделюйте схему, наведену на рисунку 13.1,б. Включіть схему. Виміряйте вхідні струми ОП. За результатами вимірювань обчисліть середній вхідний струм ОП, І_вх і різницю ΔI_вх вхідних струмів. Результати занесіть в розділ "Результати експериментів".

12.3.2. Вимірювання напруги зсуву

Змоделюйте схему, наведену на рисунку 13.2,б. Включіть схему. Запишіть покази вольтметра в розділ "Результати експериментів". За результатами вимірювання, обчисліть напругу зсуву U_зм, використовуючи коефіцієнт підсилення схеми на ОП. Результати обчислень також занесіть в розділ "Результати експериментів".

12.3.3. Вимірювання вхідного та вихідного опорів

а). Змоделюйте схему, наведену на рисунку 12.3.,б. Включіть схему. Виміряйте вхідний струм І_вх і вихідну напругу U_вих, запишіть покази в розділ "Обробка результатів досліджень". Перемкніть ключ клавішею Space. Виміряйте вхідний струм після перемикання ключа. Розрахуйте зміни вхідної напруги і струму. По одержаних результатах обчислите диференціальний вхідний опір ОП. Результати занесіть в розділ "Обробка результатів досліджень".

Рисунок 12.4

б). Зменшуйте опір резистора навантаження R_L до тих пір, доки вихідна напруга I_вих не буде приблизно рівна половині значення одержаного в п. а). Запишіть значення опору RL, яке в цьому випадку приблизно рівне вихідному опору U_вих ОП. Результати занесіть в розділ "Обробка результатів досліджень".