Тема- Дослідження операційного підсилювача
Работа добавлена на сайт samzan.net:
4
Лабораторна робота №1
Тема: Дослідження операційного підсилювача.
Мета: Знайомство з оераційним підсилювачем. Дослідження впливу вхідних опорів і опору
зворотнього зв’язку на коефіціент підсилення. Розрахунок і виміри коефіціенту підсилення для схеми з інверсією и без інверсії.
Обладнання: Стенд з операційним підсилювачем і керованими джерелами напруг, опори,
блок живлення постійного струму, мультиметр. Додатково генератор звукових частот.
Загальні відомості.
Операційний підсилювач (ОП) позначається на схемах так, як наведено на малюнку.
Найчастіше ОП має такі виводи:
V+in – прямий вхід; V-in – інверсний вхід ; Vout – вихід;
U+p, U-p,– виводи живлення.
Iнколи ОП має явний вивод спільної “землі” - Gnd, та допоміжні виводи для підстройки і оптимізації режимів підсилювача.
Частіше всього позначення виводів живлення і спільної землі на схемах не приводяться, як не суттєві для розуміння роботи схеми. Але треба розуміти, що насправді до схеми завжди під’єднано джерело живлення (частіше двополярне симетричне U-p=-U+p) і спільна “земля” (ця “земля” не обов’язково під’єднується до дійсної землі).
ОП є пристроєм з майже ідеальними характеристиками, тому що має дуже малий вхідний струм I+in, I-in (на рівні одиниц nA і pA), і практично нескінченний (500000-100000) коефіціент підсилення K. ОП працює таким чином, що напруга на виході Vout=K · (V+in - V-in).
Майже завжди вихід ОП з’єдують з входом за допомогою кола зворотнього зв’язку. Зворотній зв’язок намагається привести підсилювач до стану рівноваги. Умовою рівноваги операційного підсилювача у області керування (U-p < Vout < U+p) є однаковість напруг на прямому і інверсному входах підсилювачаV+in= V-in, інакше будь яка різниця напруг на вході ΔVin=V+in-V-in підсилиться у сотні тисяч разів і виведе підсилювач у некеруємий стан насичення.
Знання цих особливостей достатньо для розуміння роботи ОП у більшості практичних випадків, що можна сформулювати наступним чином:
1. Вхідні струми ОП дорівнюють нулю.
2. Різниця напруг між входами ОП дорівнює нулю.
Ці правила порушуються тільки за виняткових умов: дуже малих робочих струмів і напруг та знаходження підсилювача у некерованому стані насичення, коли напруга на виході підсилювача близька до напруги живлення.
Приклад розрахунку ОП
На малюнку наведено схему підсилювача.
На прямий вхід V+in подається напруга U1. Ця напруга визначає положення робочої точки вихідної напруги Vout. На інверсний вхід V-in через опір R1 подається напруга U2. Це та напруга, яку ми будемо розглядати як керуючу (вхідну напругу) підсилювача. Підсилювач охоплен зворотнім зв’язком за допомогою опору R2. Розглянемо рівняння напруг і струмів цієї схеми виходячи з двох правил ОП.
За законами Кірхгофа сума струмів вузла V-in дорівнює нулю. А так як за першим правилом ОП вхідний струм дорівнює нулю, струми опора R1 і R2 повинні бути однаковими IR1= IR2. Тобто IR1= (U2 – V-in)/R1 = IR2 =(V-in - Vout)/R2. За другим правилом ОП напруги на входах підсилювача повинні бути однакові V+in= V-in.
У загальному випадку, враховуючи що V+in = V-in =U1, отримаємо
(U2 – U1)/R1 = (U1 - Vout)/R2, або Vout = U1- (U2- U1)·R2/ R1.
Тобто Vout = U1·(1+ R2/ R1) - U2·R2/ R1.
Для випадку, коли U1=0 маємо Vout= -U2·R2/ R1.
Тобто така схема підсилює и інвертує сигнал. Коефіціент підсилення схеми K= -R2/ R1. Це основна схема підсилювача з інверсією.
Для випадку коли U2=0 маємо Vout = U1·(1+ R2/ R1). Тобто така схема підсилює сигнал без інверсії. Коефіціент підсилення схеми K=1+R2/ R1.
Якщо задати R2=0, або вилучити резистор R1, отримаємо K=1. Така схема називається повторювачем напруги.
План роботи
Зібрати схему підсилювача згідно монтажної схеми наведеної на малюнку.
Опори R1, R2 обрати згідно особистого завдання. Занотувати значення опорів
|
R1= |
R2= |
Перемичка X2 дозволяє тимчасово розірвати коло зворотнього зв’язку.
Увага! Усі зміни у схемі виконувати тільки за від’єднаної напруги блока живлення!
Керовані напруги U1, U2, що подаються на входи підсилювача, можна змінювати за допомогою змінних опорів розташованих на стенді.
Для виміру напруг слід використовувати точки спільної “землі” – Gnd.
1. Дослідження операційного підсилювача без зворотнього зв’язку
- Розірвати коло зворотнього зв’язку від’єднавши перемичку X2 від затискувача (з одного боку).
- Під’єднати блок живлення.
- Виставити напруги U1=0, U2=0. Виміряти напругу на виході підсилювача Vout.
- Змінюючи напругу U1, спробуйте отримати нульову напругу на виході підсилювача. Поясніть, що відбувається і чому.
- Побудуйте залежність напруги на виході підсилювача Vout від напруги на інверсному вході U2 для декількох значень напруги на прямому вході U1= 0, -U, +U (напруга U обераєтся згідно особистого завдання). Зверніть увагу, як повязана напруга стрибка Vout з напругами U1, U2.
2. Дослідження операційного підсилювача з зворотнім зв’язком
- Відновити схему, під’єднавши перемичку X2 зворотнього зв’язку.
- Під’єднати блок живлення.
- Виставити напруги U1=0, U2=0. Виміряти напругу на виході підсилювача Vout.
- Змінюючи напругу U1, спробуйте отримати нульову напругу на виході підсилювача.
- Побудуйте залежність напруги на виході підсилювача Vout від напруги на інверсному вході U2 для U1=0. Під час вимирів контролюйте різницю напруг на входах підсилювача ΔVin=V+in-V-in (один щуп мультиметру на точці V+in, інший на точці V-in).
Залежність вихідної напруги Vout і різниці вхідних напруг ΔVin від вхідної напруги U2
- Виставити напругу U2=+U (згідно попереднього завдання). Змінюючи напругу U1 підібрати умови, так щоб Vout=0. Зафіксувати і занотувати це значення напруги у наступній таблиці.
|
Vout=0 |
U2=-U= |
U2=0 |
U2=+U= |
|
U1= |
U1= |
U1= |
- Побудуйте залежність напруги на виході підсилювача Vout від напруги на інверсному вході U2 для знайденої у попередньому пукті напруги U1. Під час вимирів контролюйте різницю напруг на входах підсилювача ΔVin=V+in-V-in.
- Виставити напругу U2=-U (згідно попереднього завдання). Змінюючи напругу U1 підібрати умови, так щоб Vout=0. Зафіксувати і занотувати це значення напруги у таблиці.
- Побудуйте залежність напруги на виході підсилювача Vout від напруги на інверсному вході U2 для знайденої у попередньому пукті напруги U1. Під час вимирів контролюйте різницю напруг на входах підсилювача ΔVin=V+in-V-in.
- Розрахуйте теоретичний коефіціент підсилення напруги відносно вхідної напруги U2 для випадку U1=0 за даними опорів R1, R2.
КT=
- Визначьте екпериментальний коефіціент підсилення напруги відносно вхідної напруги U2 для випадку U1=0 эа нахилом залежности Vout(U2)
КE=
Порівняйте теоретичне і експериментальне значення коефіціента підсилення.
- Побудуйте залежність напруги на виході підсилювача Vout від напруги на прямомуному вході U1 для U2=0. Під час вимирів контролюйте різницю напруг на входах підсилювача ΔVin=V+in-V-in .
Залежність вихідної напруги Vout і різниці вхідних напруг ΔVin від вхідної напруги U1
- Розрахуйте теоретичний коефіціент підсилення напруги відносно вхідної напруги U1 для випадку U2=0 за даними опорів R1, R2.
КT=
- Визначьте екпериментальний коефіціент підсилення напруги відносно вхідної напруги U1 для випадку U2=0 эа нахилом залежности Vout(U1)
КE=
Порівняйте теоретичне і експериментальне значення коефіціента підсилення.
2. Редкая цихлида
3. Сделать конспект теоретического материала А 18 продолжение РАЗГРАНИЧЕНИЕ ЧАСТИЦ НЕ И НИ Частица НИ
4. Х ' 60Х РОКАХ Відбудова та розвиток господарства України в повоєнні роки відбувалися в умовах коли всі укра
5. Тредьяковский Василий Кириллович
6. Использование современных информационных технологий на уроках литературы
7. Биосфера, как область взаимодействия общества и природы
8. Лекция 2 13 Множество действительных чисел
9. Реферат- Аддиктивное поведение у подростков (наркомания и алкоголизм)
10. Курсовая работа- Структуры и организация данных в ЭВМ
11. диалектическую обработку церковного догмата Святой Троицы
12. Менеджмент Витебск 2007 Печ
13. классов и семинаров для подготовки и ознакомления атлетов с дисциплиной
14. 08 Мясной фарш 09 Лапша 033
15. Дипломная работа- Организация работы по подготовке школьного актива органами ВЛКСМ в 60-80-хх годах ХХ века
16. 16 FEML Prcticl work 3 Identifiction nd estimtion of level of occuptionl risk on the workplce Identifiction crd of evlution nd elimintion the uncceptble risks in the PC user~s work
17. Все для организации групповой работ
18. 30 5602 5606 5502 29
19. индивид личность индивидуальность.html
20. Дорога домой Цели- расширить кругозор учеников; провести разъяснительную работу среди учащихся; добиться