ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

В г. СМОЛЕНСКЕ

Кафедра Электроники и Микропроцессорной техники

Лабораторная работа №2

по курсу «Математическое моделирование в электронике»

«Исследование модели операционного усилителя»

Студент: Юшковский С.Л.

Группа: ПЭ-09

Преподаватель: Амелин С.А.

Вариант: 25

Смоленск 2012

Рабочее задание.

1. Исследование модели ОУ первого уровня:

   1. Построить схему для исследования параметров модели ОУ первого уровня.

   2. В режиме Dynamic DC определить напряжение смещения Uсм, входные токи Iвх+ и Iвх-, разность входных токов ∆Iвх, токи потребления по цепям питания Iп+ и Iп-

   3. Задать значение напряжение источника V1 равным 1мВ. На основе измерений в режиме Dynamic DC вычислить коэффициент усиления ОУ без обратной связи К и входное сопротивление усилителя Rвх.

   4. В режиме Dynamic DC измерить выходной ток ОУ и выходное напряжение ОУ при сопротивлении нагрузки R3, равном 100 кОм и 1 кОм. По результатам измерений вычислить выходное сопротивление ОУ Rвых.

Таблица 1.

Уровень ОУ	K	Uсм, В	Iвх+, мА	Iвх-, мА	dIвх, мА	Rвх, Ом	Rвых, Ом	dU/dt, В/мкс	f1, МГц	Iп+, мА	Iп-, мА
L1	2.0E+05	0	0	0	0	бб	123.6	2.0e+7	-	0	0

5. Построить схему для исследования характеристик ОУ.

6. Задать в источнике Voltage Source изменение напряжения от -1 мВ до 1 мВ за 10 с. Построить амплитудную (передаточную) характеристику ОУ.

Рис. 1 Амплитудная характеристика ОУ 1-го уровня

7. Построить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристику ОУ в диапазоне частот от 1 Гц до 1 ГГц. Определить частоту единичного усиления f1.

Рис. 2 Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики ОУ 1-го уровня

8. Задать в источнике Voltage Source импульс напряжения амплитудой 1 мВ, задержкой 1 мкс, фронтами 1 нс, длительностью 1 мс и периодом 1 с. Построить переходную характеристику усилителя. Диапазон времени – до 2 мкс. Определить скорость нарастания выходного напряжения.

Рис. 3 Переходная характеристика ОУ 1-го уровня

2. Исследование модели ОУ второго уровня:

   1. Построить схему для исследования параметров модели ОУ второго уровня.

   2. В режиме Dynamic DC определить напряжение смещения Uсм, входные токи Iвх+ и Iвх-, разность входных токов ∆Iвх, токи потребления по цепям питания Iп+ и Iп-

   3. Задать значение напряжение источника V1 равным 1мВ. На основе измерений в режиме Dynamic DC вычислить коэффициент усиления ОУ без обратной связи К и входное сопротивление усилителя Rвх.

   4. В режиме Dynamic DC измерить выходной ток ОУ и выходное напряжение ОУ при сопротивлении нагрузки R3, равном 100 кОм и 1 кОм. По результатам измерений вычислить выходное сопротивление ОУ Rвых.

Таблица 2.

Уровень ОУ	K	Uсм, В	Iвх+, мА	Iвх-, мА	dIвх, мА	Rвх, Ом	Rвых, Ом	dU/dt, В/мкс	f1, МГц	Iп+, мА	Iп-, мА
L2	2.0E+05	0	0	0	0	бб	123.6	15,1e-3	2.32	0	0

5. Построить схему для исследования характеристик оу.

6. Задать в источнике Voltage Source изменение напряжения от -1 мВ до 1 мВ за 10 с. Построить амплитудную (передаточную) характеристику ОУ.

Рис. 4 Амплитудная характеристика ОУ 2-го уровня

7. Построить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристику ОУ в диапазоне частот от 1 Гц до 100 МГц. Определить частоту единичного усиления f1.

Рис. 5 Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики ОУ 2-го уровня

8. Задать в источнике Voltage Source импульс напряжения амплитудой 1 мВ, задержкой 1 мкс, фронтами 1 нс, длительностью 1 мс и периодом 1 с. Построить переходную характеристику усилителя. Диапазон времени – до 1 мс. Определить скорость нарастания выходного напряжения.

Рис. 6 Переходная характеристика ОУ 2-го уровня

9. Ввести положительную обратную связь в усилителе. Построить переходную характеристику усилителя. Диапазон времени – до 20 мкс. Определить скорость нарастания выходного напряжения. Сравнить с результатами пункта 2.8.

Рис. 7 Переходная характеристика ОУ 2-го уровня с обратной связью

Скорость нарастания выходного напряжения в схеме с обратной связью dU/dt = 5В/мкс, что в 300 раз больше, чем в схеме без обратной связи.

3. Исследование модели ОУ третьего уровня.

   1. Построить схему для исследования параметров модели оу второго уровня.

   2. В режиме Dynamic DC измерить входные токи Iвх+ и Iвх-, разность входных токов ∆Iвх, токи потребления по цепям питания Iп+ и Iп-, а также выходное напряжение ОУ. Объяснить, почему выходное напряжение не равно нулю даже при отсутствии источников сигнала на входе.

Модель ОУ 3-го уровня имеет параметр VOFF, который отвечает за величину

3. Построить схему со 100% отрицательной обратной связью (коэффициент усиления равен единице).

4. В режиме Dynamic DC измерить выходное напряжение ОУ. На основе этого измерения определить напряжение смещения ОУ Uсм (с очностью до 0.001 мВ).

5. Построить схему балансировки ОУ. Значение источника V2 задать равным напряжению смещения ОУ.

6. В режиме Dynamic DC измерить выходное напряжение ОУ и убедиться, что усилитель сбалансирован (выходное напряжение не превышает 10 мВ). В противном случае повторить пункт 3.5

7. Собрать схему для измерения коэффициента усиления по постоянному току.

8. Задать значение напряжение источника V1 равным 0.05 мВ. Источник V2 оставить таким же, как в пункте 3.5. На основе измерений в режиме Dynamic DC вычислить коэффициент усиления ОУ без обратной связи К и входное сопротивление усилителя Rвх.

9. В режиме Dynamic DC измерить выходной ток ОУ и выходное напряжение ОУ при сопротивлении нагрузки R3, равном 100 кОм и 1 кОм. По результатам измерений вычислить выходное сопротивление ОУ Rвых.

Таблица 3.

Уровень ОУ	K	Uсм, В	Iвх+, мА	Iвх-, мА	dIвх, мА	Rвх, Ом	Rвых, Ом	dU/dt, В/мкс	f1, МГц	Iп+, мА	Iп-, мА
L3	199760	1.94e-3	1.37e-8	1.63e-8	2.62e-9	3.6e+6	74.95	15,1e-3	2,32	0.832	0.833