схемотехника. 2. Описание лабораторной установки
 Скачать 0.55 Mb.
|
 1. Цель работы: изучение структуры, принципа действия и основных параметров операционных усилителей; изучение схемы исследуемого ОУ К153УД2; экспериментальные исследования инвертирующего и неинвертирующего усилителей в области НЧ; экспериментальное исследование частотных свойств усилителей на ОУ. 2. Описание лабораторной установки:  Рисунок 1 - Инвертирующий усилитель  Рисунок 2 - Неинвертирующий усилитель 3. Результаты измерений и вычислений Задание 1: Практическое ознакомление с работой лабораторной установки, приобретение навыков балансировки ОУ, качественная оценка влияние цепи обратной связи на разбаланс ОУ, оценка характера шумового напряжения на выходе ОУ. При ОС равной 0 выполнить балансировку невозможно, смещение напряжения составляет от -12 до +12 вольт При введении ОС: чем глубже ОС, тем менее чувствителен усилитель к балансировке. Рассмотрим пределы смещения напряжения на осцилографе при различных  и  :Таблица 1
Явление шумов наблюдается при  с  и  При включении коррекции уровень шума значительно уменьшается. Задание 2: Измерение низкочастотного коэффициента усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей при различной глубине ОС. Инвертирующий усилитель Таблица 2
Неинвертирующий усилитель Таблица 3
 Рисунок 1 – Коэффициенты усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителя при Roc=2.2 кОм  Рисунок 2 – Коэффициенты усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителя при Roc=22 Ом 4)Вывод: Операционный усилитель – это усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент усиления/передачи полученной схемы. Применение операционных усилителей в схемах без ОС: В этом случае операционный усилитель используется как компаратор напряжения. Схема, предназначенная в первую очередь для работы в качестве компаратора применяется тогда, когда необходимо высокое быстродействие или широкий диапазон входных напряжений, так как усилитель может быстро восстанавливаться из режима насыщения. Если на один из входов операционного усилителя подать образцовое напряжение, то получится схема детектора уровня сигнала, то есть операционный усилитель будет детектировать положительный уровень сигнала. Если детектируемый сигнал подать на прямой вход, то получится схема неинвертирующего детектора уровня - когда входное напряжение будет выше опорного, то на выходе установится максимальное положительное напряжение. Если детектируемый сигнал и опорное напряжение поменять местами, то в этом случае на выходе операционного усилителя установится напряжение, близкое к отрицательному напряжению питания - получится схема инвертирующего детектора уровня. Если образцовое непряжение на входе усилителя, то получится детектор нуля, который может преобразовывать, например, синусоидальный сигнал в прямоугольный. Применение операционных усилителей в схемах с положительной ОС: Операционные усилители применяют так же в схемах с положительной обратной связью, когда часть выходного сигнала подаётся на неинвертирующий вход. Одной из типичных схем, где используется такая конфигурация является схема компаратора с гистерезисом, это так называемый триггер Шмитта. В некоторых схемах могут одновременно использоваться два вида обратных связей - и положительная, и отрицательная, охватывающие один и тот же усилитель, такая конфигурация часто применяется в схемах генераторов пилообразного напряжения и в схемах активных фильтров. Из-за низкой скорости нарастания сигнала и отсутствия положительной обратной связи, амплитудно-частотная характеристика описанных выше детектора нуля и детектора уровня сигнала, построенных по схеме с разомкнутой петлёй обратной связи, будет относительно низкочастотной, то есть схемы будут относительно низкочастотными. Для увеличения скорости нарастания сигнала в специализированных схемах компараторов в выходные каскады вводят положительную обратную связь, поэтому схемы детекторов уровня рекомендуется выполнять не на операционных усилителях, а на микросхемах - компараторах. Применение операционных усилителей в схемах с отрицательной ОС: 1) Неинвертирующий усилитель В схеме неинвертирующего усилителя выходное напряжение изменяется в том же направлении (уменьшается или увеличивается), что и входное. Сигнал на прямой вход операционного усилителя подаётся относительно общего провода. Если источник сигнала нельзя по какой-то причине подключать к общему проводу или же его следует подключать к нагрузке с определённым сопротивлением, то между прямым входом операционного усилителя и общим проводом потребуется установить дополнительный резистор. В любом случае, значение сопротивлений резисторов обратной связи, должно быть примерно равно входному сопротивлению с учётом нагрузочного резистора на прямом входе операционного усилителя, в этом случае напряжение смещения на входах будет минимальным. 2) Инвертирующий усилитель При включении операционного усилителя по инвертирующей схеме, напряжение на его выходе будет меняться в противофазе со входным напряжением. Инвертирующий вход имеет высокое сопротивление и не нагружает делитель. Часто между неинвертирующим входом и общим проводом ставят резистор такой величины, что бы оба входа снимали напряжение с одинаковых сопротивлений. Применение этого резистора снижает напряжение смещения, и в некоторых моделях операционных усилителей снижает величину нелинейных искажений. В случае, если нет нужды усиливать постоянное напряжение, то последовательно со входным резистором Rin может быть установлен разделяющий конденсатор, блокирующий прохождение постоянного напряжения от источника сигнала на вход операционного усилителя. 3) Усилитель звуковой частоты на операционном усилителе Недостатки операционных усилителей: снижение коэффициента усиления при подключении низкоомной нагрузки; смещение передаточной характеристики из начала координат (разбаланс); опасность паразитного самовозбуждения. 1. Снижение коэффициента усиления при подключении нагрузки. Несмотря на то, что в состав ОУ входит эмиттерный повторитель и Rвых в результате этого снижено, все же оно остается достаточно большим: при подключении нагрузки с сопротивлением порядка единиц–десятков Ом имеют место отрицательные явления: снижение коэффициента усиления и, одновременно, уровня максимального выходного сигнала. Для того чтобы уменьшить отрицательные последствия рассматриваемого явления, применяют включение дополнительных повторителей. 2. Смещение передаточной характеристики из начала координат (разбаланс).Наличие двух источников питания, причем с не всегда одинаковыми напряжениями, часто становится причиной смещения передаточной характеристики ОУ из начала координат. Это явление часто называют разбалансом. Возможны и другие причины возникновения разбаланса. Смещение передаточной характеристики от начала координат приводит к следующим негативным последствиям: изменение уровня выходного сигнала при усилении постоянного сигнала; появление нежелательного «пьедестала» при усилении малого переменного сигнала; возникновение нелинейных искажений при усилении переменного сигнал с амплитудой, близкой к Е/К. Возможны и другие отрицательные последствия разбаланса: особенно опасен он в сумматорах постоянных сигналов, так как при этом возникает ошибка сложения. Борьба с разбалансом сводится к компенсации напряжения ΔU. Если ОУ включен таким образом, что для подачи полезного сигнала используется лишь один вход, то для компенсации разбаланса можно второй вход отсоединить от земли и подать на него напряжение, равное по значению и обратное по знаку напряжению ΔU. 3. Опасность паразитного самовозбуждения операционного усилителя, т. е. превращения схемы в автогенератор вопреки ee функциональному назначению. Такая опасность существует из-за двух причин: огромного значения коэффициента усиления ОУ и наличия паразитных емкостей, через которые может образовываться цепь положительной обратной связи. Для предотвращения паразитного самовозбуждения ОУ достаточно нарушить хотя бы одно из условий балансов амплитуд или фаз. Чаще всего это требование реализуется за счёт искусственного снижения К на частотах, где ΔφК достигает 360°. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
