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.
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.
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. 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.
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.
A. 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, -U1A, +U1A (напруга U1A обераєтся згідно особистого завдання). Зверніть увагу, як повязана напруга стрибка Vout з напругами U1, U2.
B. 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, -U1B, +U1B (напруга U1B обераєтся згідно особистого завдання). 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
- 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 прямому 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. Валютна система та валютний ринок, особливості їх формування
3. Танго пицце В СпортМастер за лыжным костюмом Коррекция бровей
4. . Построение эпюр внутренних усилий в балках Построить эпюры Mx и Qy.
5. Римские императоры
6. Реферат по социальной психологии- Деловое общение
7. темах Специальность- Менеджмент организации 080507 Специализация- Финансовый менеджмент20 КУРСОВ
8. Мета та завдання- популяризація панкратіону в Чернівецькій області; підвищення рівня спортивної майс.html
9. Германия 8 3 2 13 2
10. Лабораторная работа ’ 101 ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ Студент- Сергейчук А
11. ОТЧЕТ ПО РЕЙТИНГУ ЗА 2013 Чемпионаты вошедшие в рейтинг не менее 5 судейств-Кубок и Первенство России2013Чем
12. комунікаційних технологій Навчальна дисципліна- Мережні операційні системи Лабораторія- Інформа1
13. Хаттский (протохеттский) язык
14. тематически сгруппированных философских текстов извлечений из трудов мыслителей разных эпох включая совр
15. з курсу Прикладна механіка і основи конструювання
16. Разум и чувства в новом проекте Джейн Остин- сохранив сюжет стиль и очарование оригинального произведен
17. Сущность методы виды финансового планирования и прогнозирования на предприятии
18. условно незаменимая аминокислота входящая в состав белка и необходимая для эффективного роста мышц и подде
19. Особенности третьего возраста Питание пожилых людей
20. I Прoсимo дiаспoрнi мoлoдiжнi oрганiзацi~ мoлoдiжнi oсередки та студентiв в дiаспoрi oрганiзувати симвoличнi прoтестнi