Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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.
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 · ΔVin, де ΔVin =V+in-V-in. Майже завжди вихід ОП з’єдують із входом за допомогою кола зворотнього зв’язку. Якщо зворотній зв’язок має відповідну спрямованість (зміни вихідної напруги протидіють змінам вхідної напруги), то цей зв’язок намагається привести підсилювач до стану рівноваги. Умовою рівноваги операційного підсилювача є однаковість напруг на прямому і інверсному входах підсилювачаV+in= V-in, інакше будь яка різниця напруг на вході ΔVin підсилиться у сотні тисяч разів і виведе підсилювач у некеруємий стан насичення.
Знання цих особливостей достатньо для розуміння роботи ОП у більшості практичних випадків. Ці особливості можна сформулювати у вигляді наступних правил:
1. Вхідні струми ОП дорівнюють нулю.
2. Різниця напруг між входами ОП дорівнює нулю.
Ці правила порушуються тільки за виняткових умов. Правило 1 порушується за умов дуже малих робочих струмів і напруг. Правило 2 порушується за умов знаходження підсилювача у некерованому стані насичення, коли напруга на виході підсилювача близька до напруги живлення.
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. Підсилювач охоплен зворотнім зв’язком за допомогою опору R2. Для цієї схеми суттєво, що зворотній зв’зок подається на інверсний вхід. Тобто зворотній звязок протидіє змінам вхідної напруги. Тому схема прямує до стану рівноваги.
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.
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.
A. Дослідження операційного підсилювача без зворотнього зв’язку
B. Дослідження операційного підсилювача з зворотнім зв’язком
Залежність вихідної напруги Vout і різниці вхідних напруг ΔVin від вхідної напруги U2
КT=
КE=
Порівняйте теоретичне і експериментальне значення коефіціента підсилення.
Залежність вихідної напруги Vout і різниці вхідних напруг ΔVin від вхідної напруги U1
КT=
КE=
Порівняйте теоретичне і експериментальне значення коефіціента підсилення.