Краткие теоретические сведения. Методические указания к практическим работам

Методические указания к практическим работам

По дисциплине

«Электронная техника»

Составитель: преподаватель дисциплины:

А. Е. Лютаревич

Практическая работа № 1

Расчёт схем инвертирующего и

Неинвертирующего ОУ

Цель работы: научиться рассчитывать схемы инвертирующего и неинвертирующего операционного усилителей с подбором стандартных элементов схемы из справочной литературы.

Краткие теоретические сведения

Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель с гальваническими связями, имеющий большой коэффициент усиления и работающий в схемах с глубокой обратной связью.

ОУ имеет большое входное сопротивление (десятки-сотни кОм), малое вы­ходное сопротивление (сотни Ом), большой коэффициент усиления по напряжению (до 10 - 10), малую мощность потребления (десятки мВт), нулевые потен­циалы на входных и выходных клеммах при отсутствии входных сигналов, малый температурный дрейф нулевого уровня (единицы мкВ/ ºС). Полоса пропускания ОУ простирается от постоянного тока, до сотен МГц.

Особенность ОУ - наличие двух входов: инвертирующего и неинвертирующего и одного (редко двух) общего выхода. При подаче на инвертирующий вход (обозначается знаком минус и кружочком в точке подключения) сигнала происхо­дит изменение его полярности, например, при подаче положительного импульса на выходе появляется отрицательный импульс. Сигнал, поступающий на неинвер-тирующий вход (обозначается обычно знаком плюс), появляется на выходе без изменения полярности.

Питание ОУ производится от двух соединенных последовательно источников питания +Е_П и -Е_П, средняя точка при этом заземляется на корпус. Существуют также ОУ с однополярным питанием от одного источника.

На основе ОУ строят различные функциональные преобразователи аналого­вых сигналов: масштабные, интегрирующие, компараторы (схемы, реализующие аналоговое сравнение двух сигналов) и другие.

В инвертирующем ОУ, схема которого представлена на рисунке 1, напряжение U_ВХ подается на инвертирующий вход, из-за чего выходное напряжение будет инвертировано относительно входного.

Резисторы R_ОС, R₂, R₁ осуществляют в этой схеме параллельную обратную связь по напряжениию, т.е. с выхода усилителя на его вход подается обратной связи:

где коэффициент передачи цепи обратной связи.

Неинвертирующий вход ОУ через резистор R₂ соединен с корпусом, т.е. имеет нулевой потенциал. Входное сопротивление ОУ будет фактически равно сопротивлению резистора R₁, а входной ток:

Коэффициент усиления ОУ при инвертирующем включении К_ин определяется отношением сопротивление резисторов в цепи обратной связи и равен:

Синфазный сигнал на входах схемы на рисунке 1 отсутствует, т.к. потенциал каждого из его входов равен нулю. Через входы реальной ИМС ОУ проходят токи, влияние которых на выходные напряжения не будут ощущаться при равенстве напряжений, создаваемых этими токами в симметричных цепях. Следовательно, сопротивления в цепях входов ОУ должны быть равными, то есть в схеме на рисунке 1 R₁=R₂

В неинвертирующем ОУ, схема которого приведена на рисунке 2 сигнал U_ВХ поступает на неинвертирующий вход, благодаря чему U_BbIX синфазно U_BX. Напряжение на выходе ОУ равно сумме напряжение на резисторах R_ОС и R_1.

Коэффициент усиления неинвертирующего ОУ:

Входное сопротивление в таком усилителе велико, т.к. между входами ИМС приложено напряжение U₀=0 и через схему проходит весьма незначительный входной ток, т.е:

где: коэффициент передачи цепи обратной связи.

Выходное сопротивление ОУ, наоборот, незначительно, как и в инвертирующем ОУ:

где: R_BbIX - выходное сопротивление ИМС.

В неинвертирующем ОУ напряжение обоих входов ИМС приблизительно одинаковы (разность напряжений дифференциального входа Uo=0), они равны напряжению неинвертирующего входа, т.е. на входах ИМС действует синфазный сигнал, значение которого близко к U_BX. Резистор R₂ вводится в схему для создания равного падения напряжений на обоих входах.