Електронний підручник
ДОСЛІДЖЕННЯ ОПЕРАЦІЙНОГО ПІДСИЛЮВАЧА
Мета роботи: вивчення основних параметрів та характеристик операційного підсилювача (ОУ), вивчення та дослідження основних каскадів на ОУ - інвертуючого та неінвертуючого.
Порядок проведення роботи
Робота виконується на друкованій платі, що призначена для проведення досліджень ОУ. Робота виконується для кожного з ОУ КР140УД708 та К553УД2, КР140УД708 - ОУ з внутрішньою корекцією, К553УД2 - ОУ із зовнішньою корекцією.
Балансування ОУ
У схемі конденсатор З встановлюється лише ОУ К553УД2.
Змінюючи опір за допомогою потенціометра R домогтися на виході мікросхеми мінімальної вихідної напруги або рівного нулю. Вихідну напругу реєструвати за допомогою осцилографа. U вх = 0, U вих = 0 або U вх = 0 , U вих U вих.min
Вимірювання струмів зміщення та зсуву.
Зібрати схему для вимірювання I см1:
До виходу ОУ підключити вольтметр або осцилограф і виміряти напругу на виході схеми U вих 1 . Ця напруга викликана струмом зміщення I см, яке створюється на резисторі R1. Розрахунок I см проводиться за формулою I см = U вих / R 1
Зібрати схему для вимірювання I см2:
За допомогою вольтметра або осцилографа заміряти напругу на виході ОУ U вих 2 воно з'являється за рахунок падіння напруги на резисторі R 2 при протіканні струму зміщення I см 2 . Розрахунок I см 2 проводиться за формулою I см 2 = U вих / R 2
Зібрати схему для вимірювання напруги зсуву:
За допомогою вольтметра або осцилографа, підключеного на вихід схеми ОУ, виміряти напругу на виході U вих, що виникає за рахунок I см 1 і I см 2 .
Розрахувати I сдвякщо R1 = R2 = R; I сдв = U вих / R
Вимірювання коефіцієнта посилення ОУ без зворотного зв'язку.
Подати від генератора, що задає гармонійних коливань (ЗГ) сигнал на інвертуючий вхід ОУ згідно схеми. Причому U вх вх.max, тобто. підсилювач працює без помітних нелінійних спотворень. Частота коливань, що генеруються F = 100Гц.
При встановленні вхідної напруги підсилювача слід враховувати, що його вхідний ланцюга включений дільник напруги з коефіцієнтом розподілу 1 : 1000.
На вихід ОУ підключити вольтметр або осцилограф і виміряти вихідну напругу U вих.
Підрахувати коефіцієнт посилення ОУ: К = U вих / U вх.оу якщо U вх.оу = U 'вх / А , де
U ' вх - вхідний сигнал , що подається від ЗГ і виміряний у точці I, U вх.оу - вхідний сигнал на вході, що інвертує ОУ з урахуванням дільника на його вході, А - коефіцієнт дільника на вході ОУ, А = 1000.
Зняти АЧХ, U вх вх.max. Максимальна величина вхідного сигналу U вх.max при якій підсилювач працює без помітних нелінійних спотворень, визначається за допомогою вольтметра при контролі форми сигналу на виході ОУ по осцилографу. Частоту змінювати від 10 Гц до спаду АЧХ.
Визначити смугу пропускання ОУ.
Для вимірювання коефіцієнта посилення ОУ К553УД2 без ОС ввести коригуючий ланцюжок, підключивши до висновків FC конеденсатор С.
Величину ємності коригуючого конденсатора змінювати в межах 3пФ, 6пФ, 30пФ, 60пФ.
Зняти АЧХ скоригованого підсилювача, U вх вх.max частоту змінювати від 10Гц до 200кГц.
Дослідження інвертуючого операційного підсилювача
Зняття АЧХ, К = F(F) для ОУ КР140УД708.
Від ЗГ подати сигнал на вхід ОУ, що інвертує, причому U вх вх.max .
Максимальнавеличина вхідного сигналу U вх.max при якій підсилювач працює без помітних нелінійних спотворень, визначається за допомогою вольтметра при контролі форми сигналу на виході ОУ по осцилографу.
Частоту вхідного сигналу змінювати в наступному порядку: 10, 20, 40, 60, 80, 100, 200, 400, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 20000, 000 Гц, 200кГц.
Розрахувати коефіцієнт посилення схеми:
К = U вих / U вх , Кдб = 20LgК і побудувати графік Кдб = F(F) у логарифмічному масштабі.
Визначити смугу пропускання ОУ.
Зняття амплітудної характеристики (АХ), U вих = F(U вх).
Вхідний сигнал подається від ЗГ частотою F = 1000Гц.
Вхідний сигнал міняти від нуля до 2U вх.max. Максимальна величина вхідного сигналу U вх.max вибирається аналогічно п.1.
Вихідна напруга знімається за допомогою вольтметра чи осцилографа з виходу ОУ.
Зняття залежності коефіцієнта посилення від R ос , К = F(R ос ).
Вхідний сигнал подавати від ЗГ із частотою F = 1000Гц. Зняття характеристики провести вхідного сигналу, U вх вх.max . Опір R ос змінювати від 10кОм до 300кОм. Виміряти вихідну напругу зовнішнім вольтметром або осцилографом U вих і замалювати форму вихідного сигналу в характерних точках. Побудувати графік.
Зняття залежності коефіцієнта посилення від вхідного опору R 1 К = F(R 1 ).
Вхідний сигнал подавати від ЗГ із частотою F = 1000Гц.
Опір R 1 змінювати від 5,1 ком до 51 ком. Виміряти вихідну напругу зовнішнім вольтметром або осцилографом. Побудувати графік.
Підключити до каскаду, що інвертує, зовнішнє навантаження.
Зняти залежності коефіцієнта посилення опору навантаження К = F(R н ).
Вхідний сигналподається від ЗГ із частотою F = 1000Гц.
Характеристику знімати для двох значень вхідного сигналу U вх вх.max . Опір навантаження змінюватиме від 250 Ом до 1 кОм, не менше 6 значень. Виміряти вихідну напругу за допомогою вольтметра або осцилографа і замалювати характерні криві.
Розрахувати К = U вих / U вх, побудувати графік.
Вимірювання вихідного опору R вих
Від ЗГ подати на вхід ОУ сигнал із частотою F = 1000Гц.
U вх вх.max, тобто. маємо на виході неспотворений сигнал.
а) Виміряти напругу на виході ОУ U вих при відключеному навантаженні R н .
б) Виміряти напругу на виході ОУ U ' вих при підключеному навантаженні R н = 510 Ом. Вихідна напруга фіксується зовнішнім вольтметром чи осцилографом.
в) Вихідний опір розрахувати за формулою R вих = ((U вих / U 'вих) - I) R н
Дослідження неінвертуючого ОУ.
Зняття АЧХ, К = F (F).
Від ЗГ подати сигнал на вхід ОУ , що не інвертує , причому U вх вх.max .
Максимальна величина вхідного сигналу U вх.max, при якій підсилювач працює без помітних нелінійних спотворень, визначається за допомогою вольтметра при контролі форми сигналу на виході ОУ по осцилографу.
Частоту вхідного сигналу змінювати в наступних межах: 20, 40, 60, 80, 100, 200, 400, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 20000, 40000, 40000 200кГц.
Розрахувати коефіцієнт посилення схеми К = U вих / U вх та побудувати графік Кдб = F(F) у логарифмічному масштабі.
Визначити смугу пропускання ОУ.
Зняття амплітудної характеристики (АХ), U вих = F(U вх).
Вхідний сигнал подається від ЗГ частотою F = 1000Гц. Вхідний сікнал міняти від нуля до 2 U вх. Максимальна величинавхідного сигналу U вх.max вибирається аналогічно п.5.1. Вихідна напруга знімається за допомогою вольтметра чи осцилографа ОУ. Побудувати графік.
Зняття залежності коефіцієнта посилення від R ос , К = F(R ос ).
Вхідний сигнал подавати від ЗГ із частотою F = 1000Гц. Зняття характеристики провести для вхідного сигналу U вх вх.max.
Опір R ос змінювати дискретно від 1 до 510 кОм.
Вихідну напругу U вих заміряти зовнішнім вольтметром, замалювати форму вихідного сигналу в характерних точках. Побудувати графік.
Зняття залежності коефіцієнта посилення від вхідного опору R 1 К = F(R 1 ).
Вхідний сигнал подавати від ЗГ із частотою F = 1000Гц.
Зняття характеристики провести для вхідного сигналу U вх вх.max.
Опір R 1 змінювати дискретно від 250 до 51кОм. Вихідну напругу з виходу ОУ заміряти вольтметром.
Підключити до каскаду, що не інвертує, зовнішнє навантаження.
Зняття залежності коефіцієнта посилення від опору R н , К = F(R н ).
Вхідний сигнал подається від ЗГ із частотою F = 1000Гц.
Характеристику знімати для вхідного сигналу U вх вх.max.
Опір навантаження міняти дискретно від 510Ом до 1кОм.
Вихідну напругу вимірювати за допомогою вольтметра, замалювати характерні криві.
Розрахувати К = U вих / U вх і побудувати графік К = F (R н).
Виміряти вихідний опір R вих.
Схема та сама, що у попередньому п.5.
Від ЗГ подати на вхід ОУ сигнал F = 1000Гц, U вх вх.max , тобто. маємо на виході неспотворений сигнал.
а) Виміряти напругу на виході U вих при відключеному навантаженні R н .
б) Виміряти напругу на виході ОУ U ' вих при підключеному навантаженні R н = 510Ом. Вихіднийнапругу фіксувати зовнішнім вольтметром.
в) Вихідний опір R вих розрахувати за формулою R вих = ((U вих / U 'вих) - I) R н .
Зміст звіту
- Схеми дослідження ОУ.
- Таблиці вимірів, графіки всіх знятих залежностей, розрахунки.
- Висновки.
Запитання для самоконтролю
- Що розуміється під ОУ.
- Які характеристики характерні для ідеального підсилювача?
- Що розуміється під інвертуючим та неінвертуючим входом ОУ?
- Що таке синфазний сигнал
- Назвіть основні властивості диференціального каскаду.
- Що таке напруга зсуву?
- Що таке блок - схема ОУ? Охарактеризуйте кожен із каскадів.
- Поясніть амплітудну (передавальну) характеристику.
- Поясніть передатну характеристику синфазного сигналу.
- Назвіть основні параметри вхідного кола.
- Поясніть АЧХ ОУ.
- Що розуміється під частотою одиничного посилення?
- Яке вплив ОС на АЧХ?
- Поясніть фазову характеристику ОУ.
- Назвіть критерій стійкості.
- Перелічіть динамічні параметри ОУ.
- Які основні властивості підсилювача, що інвертує?
- Які основні властивості підсилювача, що не інвертує каскаду?
- Поясніть роботу зовнішньої компенсації зсуву.
- Як класифікуються ОУ?