1.4. Неинвертирующий усилитель

Не менее распространена схема неинвертирующего усилителя, представленная на рисунке 6. Для идеального ОУ в этой схеме справедливо уравнение

,

из которого легко получить выражения для выходного напряжения

(13)

и коэффициента передачи данной схемы

.

(14)

Учитывая коэффициент усиления ОУ и напряжение смещения с помощью выражения (2), получим два уравнения:

Подстановка второго уравнения в первое дает искомую связь входного и выходного напряжений:

.

Рис. 6. Неинвертирующий усилитель

Эта формула совпадает с выражением (13) при A_д   и U₀  0. Входное сопротивление неинвертирующего усилителя равно входному сопротивлению самого ОУ, то есть очень велико.

1.5. Дифференциальный усилитель

Рис. 7. Дифференциальный усилитель

На основе ОУ можно также построить дифференциальный усилитель с заданным коэффициентом усиления разности входных напряжений. Схема такого усилителя приведена на рисунке 7. Проанализируем ее, используя принцип виртуального замыкания (9). Запишем уравнения для токов i₁ и i₂:

.

Выражая из этих уравнений u₊ и u_– и приравнивая их, получим

.

Отсюда следует выражение для выходного напряжения усилителя

(11)

и его дифференциального коэффициента усиления

.

(12)

2. Описание экспериментальной установки

Лабораторный макет, схема которого представлена на рисунке 8, позволяет измерять основные характеристики операционного усилителя и исследовать описанные выше схемы на его основе. Макет имеет два встроенных источника питания ОУ E_– и E₊, напряжения которых регулируются в пределах (515) В, и источник постоянного напряжения E, которое может изменяться от –5 до +5 В. Балансировка ОУ осуществляется потенциометром R_б = 10 кОм. Кроме лабораторного макета, в состав экспериментальной установки входят осциллограф, цифровой вольтметр, генератор и соединительные провода.

3. Порядок выполнения работы

1. При домашней подготовке внимательно изучить методические указания и нарисовать в лабораторном журнале исследуемые принципиальные схемы, а также функциональные схемы измерений. Подготовить в лабораторном журнале таблицы для записи результатов измерений.

2. Включить питание лабораторного макета и цифровой вольтметр. Установить напряжения источников питания ОУ +15 В и – 15 В. Заземлить входы ОУ, подключить вольтметр к его выходу и вращением потенциометра R_б добиться минимальных (по модулю) показаний вольтметра. Больше потенциометр R_б не трогать.

3. 

   Рис. 8. Схема лабораторного макета

   Снять зависимость выходного напряжения ОУ от напряжения источников питания в пределах 8 В < Е₊ < 15 В (при E_– = – 15 В) и 15 В  Е_–  8 В (при E₊ = 15 В). Построить графики зависимостей u₂(E₊) и u₂(E_–) и по ним найти коэффициенты подавления нестабильности напряжения питания S₊ и S_– в соответствии с выражениями (3).

4. Установить напряжения питания ОУ 15 В. Собрать инвертирующий усилитель (рис. 5), установив в схему резистор R₂ по указанию преподавателя. Подать на вход усилителя постоянное напряжение от встроенного источника E. Снять зависимость выходного напряжения u₂ от входного u₁, меняя входное напряжение в пределах от 5 В до +5 В. По результатам измерений построить передаточную характеристику инвертирующего усилителя и найти его коэффициент усиления.

5. Собрать неинвертирующий усилитель (рис. 6), установив нижний по схеме резистор R₂ по указанию преподавателя. Снять зависимость выходного напряжения от постоянного входного, используя встроенный в макет источник E. Построить передаточную характеристику неинвертирующего усилителя и найти его коэффициент усиления.

6. Подать на вход неинвертирующего усилителя синусоидальный сигнал от генератора. Меняя частоту от 100 Гц до 200 кГц, снять АЧХ усилителя, построить ее и найти частоту среза f_с.

7. Проделать п. 3.6 несколько раз для различных значений сопротивления R₂. Построить график зависимости частоты среза f_с от коэффициента усиления неинвертирующего усилителя К. Рассчитать частоту единичного усиления ОУ f₁.

8. Собрать дифференциальный усилитель (рис. 7), установив значения сопротивлений R₂ = 10 кОм. Соединить входы усилителя и подать на них сигнал с генератора. С помощью осциллографа измерить амплитуду входного гармонического синфазного сигнала u_c и выходного напряжения u₂ на частотах 1 кГц, 10 кГц и 100 кГц. Вычислить КОСС дифференциального усилителя на этих частотах в соответствии с выражением (7). По результатам измерений составить таблицу зависимости КОСС от частоты.

9. Отчет должен содержать наименование и цель работы, краткий конспект теоретических сведений, принципиальные и функциональные схемы измерений. Должны быть представлены измеренные зависимости выходного напряжения ОУ от напряжения источников питания, передаточные функции инвертирующего и неинвертирующего усилителей, семейство АЧХ неинвертирующего усилителя и таблица зависимости КОСС дифференциального усилителя от частоты.