8 Література:

8.1 В.І. Бойко, А.М. Гуржій, В.Я. Жуйков та ін, «Схемотехніка електронних систем: У 3 кн. Кн.1. Аналогова схемотехніка та імпульсні пристрої: Підручник – К.: Вища шк., 2004. – 366 с.

8.2 Ю.П. Колонтаєвський, А.Г. Сосков, “Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум.».- К.: «Каравела», 2003. – 368 с.

8.3 В.И. Лачин, Н.С. Савелов, „Электроника: Учеб.пособие. 4-е изд. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2004. – 576 с.

8.4 Мілих В.І., Шавьолкін О.о. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред. В.І. Мілих. – К.: Каравела, 2007. – 688 с.

Лабораторна робота № 7

Тема: Дослідження електронних пристроїв на операційних підсилювачах

1 Мета роботи: ознайомлення з електронними пристроями на операційних підсилювачах (ОП), вивчення принципу роботи інтегратора і диференціатора на ОП.

2 Апаратура та прилади: ПЕОМ, програма Electronics Worbench.

3 Схема дослідження

Рис.1

Рис.2

4 Основні теоретичні положення:

Операційними підсилювачами (ОП) називаються підсилювачі постійного струму, переважно прямого підсилення з високим коефіцієнтом підсилення і з глибоким від'ємним зворотним зв'язком.

Стан при якому U_вих = 0 при U_вх = 0, називають балансом ОП. Реально баланс не забезпечується і виникає розбаланс.

Напруга U_{зм 0} , при якій U_вих = 0, називається вхідною напругою зміщення нуля.

Основні параметри:

1) К_U → ∞; 2) R_ВХ → ∞; 3) R_ВИХ → 0.

Інвертувальний підсилювач на ОП (рис. 5) створюється введенням паралельного ВЗЗ за напругою резистором R_ЗЗ на інвертувальний вхід ОП.

Коефіцієнт підсилення за напругою інвертуючвального підсилювача:

К_U = U_вих / U_вх = - R_ЗЗ / R1 = - 1/β;

β = U_вх / U_вих – передатний коефіцієнт ланки зворотного зв'язку.

Рис. 3 Рис. 4 Рис.5

Неінвертувальний підсилювач (рис. 4) створюється введенням послідовного ВЗЗ за напругою на інвертувальний вхід, а вхідний сигнал подати на неінвертуючий вхід ОП.

Вихідна напруга має такий саме знак, що і вхідна.

Коефіцієнт підсилення за напругою неінвертувального підсилювача:

К_U = U_вих / U_вх = 1/β = 1 + R_ЗЗ / R1;

Якщо R_ЗЗ = 0, R1 → ∞, одержимо неінвертувальний повторювач.

Диференційний підсилювач на ОП (рис. 3) підсилює різницю вхідних сигналів і подавляє синфазну перешкоду:

U_вих = - (R_ЗЗ / R1)U_вх1 + [R3 / (R2+ R3)∙ (R1+ R_ЗЗ) / R1]U_вх2 .

Недоліком цієї схеми є низький вхідний опір із-за паралельного ВЗЗ.

Якщо R1 = R2 = R3 = R_ЗЗ , то схема використовується як аналоговий віднімач.

U_вих = U_вх2 - U_вх1 ; R_ЗЗ = R1∙ К_U , R2 = R1∙ К_U , R3 = R1∙ К_U .

Напруга на виході аналогового віднімача дорівнює різниці напруги на неінвертувальному вході та напруги на інвертувальному вході без підсилення.

Інвертувальний суматор (рис. 8) виконаний на основі інвертувального підсилювача з кількістю паралельних гілок на вході, що дорівнює числу сигналів.

Рис. 6 Рис. 7 Рис. 8

U_вих = - [(R_ЗЗ / R1)U_{вх 1} + (R_ЗЗ / R2)U_{вх 2} +…+ (R_ЗЗ / R_n)U_{вх n}]

Напруга на виході схеми дорівнює сумі вхідних напруг, помножених на відповідні коефіцієнти підсилення.

Якщо опори всіх резисторів схеми однакові R_ЗЗ = R1 = R2 =… = R_n = R, то

U_вих = - (R_ЗЗ / R)∙(U_{вх 1} + U_{вх 2} +…+ U_{вх n}).

Інтегратор (інтегруючий підсилювач) (рис.6) – пристрій, що реалізує функцію інтегрування і виконується на базі інвертуючого ОП шляхом введення в ланку ВЗЗ конденсатора C.

U_вих = - 1/RC ∫u_вх dt , де RC = τ – постійна часу.

Постійна часу повинна приблизно дорівнювати періоду інтегрування сигналу.

Якщо вхідна напруга є незмінною за величиною u_вх = U, то при подачі на вхід постійної напруги струм, який заряджає конденсатор, має постійну величину U_вх / R і конденсатор заряджається рівномірно, а вихідна напруга зростає лінійно, і буде пропорційна тривалості часу інтегрування t:

U_вих = - (1/RC)∙U_вх ∙ t .

Тому інтегратор часто застосовують як основу генераторів лінійних напруг.

Коефіцієнт підсилення інтегратора К^*_Uзз = - 1/jωCR = - 1/jω τ залежить від частоти. Інтегратор є простим фільтром НЧ. З ростом частоти напруга ВЗЗ зростає і коефіцієнт підсилення зменшується.

Диференціатор (диференціюючий підсилювач) (рис.7) відрізняється від інтегратора заміною місцями резистора і конденсатора.

У диференціатора з ростом частоти напруга ВЗЗ зменшується і наскрізний коефіцієнт підсилення зростає

К^*_Uзз = - jωCR = - jω τ

Диференціатор є простим фільтром високої частоти.

U_вих = - R_ЗЗ С (du_вх / d t); R_ЗЗ С = τ; U_вих = - τ (du_вх / d t).