Сведения. Необходимые для выполнения работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является:

· ознакомление с характеристиками операционного усилителя;

· ознакомление с принципами построения схем преобразования анало­говых сигналов на основе операционного усилителя;

· исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителей на основе операционного усилителя;

· исследование схем интегрирования и дифференцирования аналого­вых сигналов.

СВЕДЕНИЯ. НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед началом выполнения работы полезно ознакомиться со сле­дующими вопросами:

· устройство и основные характеристики операционного усилителя [1, с. 83-90],

· способы построения усилителей на основе операционного усилителя [1, с. 91-92].

· способы построения преобразователей аналоговых сигналов на ос­нове операционного усилителя [1. с. 224-235).

Одной из разновидностей полупроводниковых приборов являются полупроводниковые интегральные микросхемы - монолитные функцио­нальные приборы, все элементы которых изготавливаются в едином тех­нологическом цикле. Интегральные микросхемы предназначены для вы­полнения различных операций, как с аналоговыми, так и с цифровыми электрическими сигналами. Среди интегральных микросхем, предназна­ченных для обработки аналоговых электрических сигналов, важнейшее место занимает операционный усилитель (ОУ) – полупроводниковый при­бор, предназначенный для усиления напряжения и обеспечивающий выполнение различных операций по преобразованию аналоговых электрических сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т.д. Возможность выполнения этих операций ОУ определяется наличием цепей положительной и/или отрицательной обратной свя­зи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости, индуктивно­сти, диоды, стабилитроны, транзисторы и некоторые другие электронные элементы.

Типовой ОУ представляет собой дифференциальный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления. На рис.6.1. показано условное обозначение ОУ на принципиальных схемах.

Поскольку ОУ используется как преобразователи сигналов к их ха­рактеристикам предъявляются определенные требования. В основном эти требования сводят к тому, чтобы характеристики, наилучшим образом соответствовали характеристикам идеального ОУ. Идеальный операционный усилитель обладает следующим и свойствами:

· коэффициент передачи ОУ без обратной связи равен бесконечности;

· входной ток равен нулю;

· напряжение смещения и ток смещения нуля на выходе ОУ равны ну­лю;

· входное сопротивление ОУ равно бесконечности;

· выходное сопротивление ОУ равно нулю.

Рис.6. 1. Условное обозначение ОУ:

(-) - инвертирующий вход ОУ; (+) - неинвертирующий вход ОУ; U_(-) - на­пряжение на инвертирующем входе; U₍₊₎ - напряжение на неинвертирующем входе; U_ВЫХ - выходное напряжение ОУ; E_П+ - положительное на­пряжение питания ОУ; Е_п- - отрицательное напряжение питания;

Модель идеального ОУ может успешно применяться для вывода мате­матических соотношений, описывающих работу реальных ОУ в различных режимах.

Выходное напряжение ОУ определяется выражением:

где А - коэффициент передачи усилителя, не охваченного обратной свя­зью; U_- - напряжение на инвертирующем входе; U₊ - напряжение на неинвертирующем входе.

Знак минус перед коэффициентом передачи показывает, что выходное напряжение отрицательно. Коэффициент передачи можно оп­ределить как отношение величины выходного напряжения к разно­сти значений входных напряжений . Коэффициент передачи реальных ОУ на постоянном токе колеблется в пределах от 10000 до 2000000.

Большинство ОУ имеют биполярный выход. Это означает, что вы­ходной сигнал может иметь как положительную, так и отрицательную по­лярность. Поэтому для нормальной работы ОУ требуются два источника питания.

Выходное напряжение никогда не может превысить напряжение пи­тания . Как правило, максимальное выходное напряжение ОУ на доли вольта меньше напряжения питания. Это ограничение извест­но как напряжение ограничения (положительное и отрицательное ).