Основные теоретические положения. 1. Операционным усилителем называется интегральная микросхема, представляющая собой усилитель постоянного тока с параметрами

1. Операционным усилителем называется интегральная микросхема, представляющая собой усилитель постоянного тока с параметрами, приближающимися к идеальным. Это — очень высокий коэффициент усиления (сотни тысяч), практически бесконечно большое входное и малое (десятки Ом) выходное сопротивление, устойчивость к воздействию помехи и др.

Частотная характеристика ОУ не имеет резкого спада в области низких частот, а верхняя граничная частота имеет достаточно большое значение (сотни мегагерц).

ОУ строится по двух- или трехкаскадной схеме. Входным каскадом ОУ является балансный дифференциальный усилитель, имеющий два сигнальных входа.

Питание ОУ осуществляется, как правило, от двух разнополярных источников питания одинакового напряжения. Условное обозначение ОУ представлено на рисунке 23.

Рисунок 23 – Условные обозначения ОУ

Верхний на рисунках вход ОУ называется неинвертирующим входом (при подаче сигнала на этот вход фаза сигнала на выходе совпадает с фазой входного), а нижний — инвертирующим входом (при подаче сигнала на этот вход фаза сигнала на выходе противоположна фазе входного).

Поскольку коэффициент усиления собственно ОУ очень велик, то использование его в качестве усилителя возможно лишь при охвате его отрицательной обратной связью (при отсутствии ООС даже крайне малый сигнал “шума” на входе ОУ даст на выходе ОУ напряжение, близкое к напряжению насыщения).

Наиболее типичные схемы усилителя на базе ОУ имеют вид, представленный на рисунке 24. Коэффициенты усиления таких усилителей определяются параметрами цепи ООС и формулы для их вычисления приведены на рисунке.

Рисунок 24 – Схемы включения ОУ

Амплитудные передаточные характеристики инвертирующего и неинвертирующего усилителей с обратной связью представлены на рисунке 25. (соответственно а и б).

Рисунок 25 – Передаточные характеристики ОУ

Наклон рабочего участка характеристики определяется, очевидно, коэффициентом (К) усиления каскада.

На характеристиках имеются ярко выраженные участки насыщения, которые характеризуются тем, что, начиная с некоторого значения входного напряжения U_{вх max} , выходное напряжение не увеличивается, а остается постоянным на уровне некоторого значения _нас , которое определяется напряжением питания микросхем ОУ. Обычно _нас меньше напряжения питания _п на (1 — 3 В).

При усилении переменного напряжения участок насыщения проявляет себя тем, что амплитуда выходного напряжения не увеличивается, а остается на уровне _нас , и появляются нелинейные искажения, возрастающие с ростом входного сигнала, (рисунок 26.).

Рисунок 26 – Нелинейные искажения сигнала

2 ИЗМЕРЕНИЕ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯУСИЛИТЕЛЯ ПРИ ПОМОЩИ ИСТОЧНИКА СТАБИЛЬНОГО СИГНАЛА И ИЗВЕСТНОГО ВНЕШНЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Схема для измерения R_вх.ус представлена на рисунке 27, где R - известное внешнее сопротивление, U_с - напряжение входного сигнала.

Рисунок 27 – Схема измерения входного сопротивления

При подаче на вход исследуемого усилителя U_с при R=0 (R - короткозамкнуто) напряжение на выходе усилителя равно:

U1=U_c K₀,

где K₀ - коэффициент усиления усилителя по напряжению. При включении R¹0 напряжение на выходе усилителя уменьшается, так как из-за наличия делителя напряжения (R, R_вх.ус) уменьшается напряжение на выходе усилителя пропорционально величине = R_вх.ус/(R₊ R_вх.ус). При этом напряжение на выходе усилителя равно

.

Из выражения для U2 и U1 видно, что , откуда следует:

Следовательно, зная R и , можно определить R_вх.ус.