воронежский государственный технический университет
 Скачать 315.73 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮЖДЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ) Факультет радиотехники и электроники (Факультет/ институт) Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники Направление подготовки 11.03.04 Электроника и наноэлектроника (Код, наименование) Профиль Микроэлектроника и твердотельная электроника ОТЧЕТ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ по дисциплине «Схемотехника» Тема «Характеристики операционного усилителя» Разработал(а) А.О. Демин, М. А. Левшин, Р.А. Лысенко (подпись, дата) (инициалы, фамилия) Руководитель С.А. Акулинин (подпись, дата) (инициалы, фамилия) Защищена Оценка (дата) Воронеж 2022 МИНИСТЕРСВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮЖДЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ) Факультет радиотехники и электроники Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники ЗАДАНИЕна лабораторную работуЭксперимент 1. Измерение входных токов. Эксперимент 2. Измерение напряжения смещения. Эксперимент 3. Измерение входного и выходного сопротивлений. Эксперимент 4. Измерение времени нарастания выходного напряжения ОУ. ЗАМЕЧАНИЯ РУКОВОДИТЕЛЯОГЛАВЛЕНИЕ
ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫЦелью данной лабораторной работы является: измерение входных токов операционного усилителя (ОУ), оценка величин среднего входного тока и разности входных токов ОУ, измерение напряжения смещения ОУ, измерение дифференциального входного сопротивления ОУ, вычисление выходного сопротивления ОУ и измерение скорости нарастания выходного напряжения ОУ.  Краткие сведения из теории:Операционным (ОУ) называют усилитель с большим коэффициентом усиления с двумя высокоомными входами и одним низкоомным выходом, предназначенный для построения разнообразных узлов электронной аппаратуры. Интегральный операционный усилитель характеризуется рядом параметров, описывающих этот компонент с точки зрения качества выполнения им своих функций. Основными параметрами ОУ являются следующие. Средний входной ток 1вх. В отсутствие сигнала на входах ОУ через его входные выводы протекают токи, обусловленные базовыми токами входных биполярных транзисторов или токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутреннее сопротивление источника входного сигнала, создают падения напряжения на входе ОУ, которые могут вызвать появление напряжения на выходе в отсутствии сигнала на входе. Компенсация этого падения напряжения затруднена тем, что токи входов реальных ОУ могут отличаться друг от друга на 10...20% Входные токи ОУ можно оценить по среднему входному току, вычисляемому как среднее арифметическое токов инвертирующего и неинвертирующего входов:  где I1 и I2 соответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов. Разность входных токов определяется выражением:  Схема для измерения входных токов представлена на рис. 11.1. Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе Ко - показатель ОУ, определяющий насколько хорошо выполняет ОУ основную функцию - усиление входных сигналов. У идеального усилителя коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности. Коэффициент усиления напряжения вычисляется по формуле:  Напряжение смешения Uсм - значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю. Напряжение смещения Uсм можно вычислить, зная выходное напряжение при отсутствии напряжения на входе и коэффициент усиления:  Входное сопротивление Rвх- Различают две составляющие входного сопротивления: дифференциальное входное сопротивление и входное сопротивление по синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и "землей"). Входное дифференциальное сопротивление для биполярных ОУ находится обычно в пределах 10 кОм.,.10 МОм. Входное сопротивление по синфазному сигналу определяется как отношение приращения входного синфазного напряжения к вызванному приращению среднего входного тока:  Дифференциальное входное сопротивление наблюдается между входами ОУ и может быть определено по формуле:  где ΔUвх - изменение напряжения между входами ОУ, ДIвх - изменение входного тока. Выходное сопротивление Rвых в интегральных ОУ составляет 20...2000 Ом. Выходное сопротивление уменьшает амплитуду выходного сигнала, особенно при работе усилителя, на сравнимое с ним сопротивление нагрузки. Схема для измерения дифференциального входного сопротивления ОУ и выходного сопротивления приведена на рис. 11.3. Скорость нарастания выходного напряжения Vuвых равна отношению изменения выходного напряжения ОУ ко времени его нарастания при подаче на вход скачка напряжения. Время нарастания определяется интервалом времени, в течении которого выходное напряжение ОУ изменяется от 10% до 90% от своих установившихся значений.  Схема для измерения скорости нарастания выходного напряжения показана на рис. 11.4. Измерения проводятся при подаче импульса в виде ступени на вход ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС) с общим коэффициентом усиления от 1 до 10. Экспериментальная частьЭксперимент 1. Измерение входных токовОткрыли файл с11_001 со схемой, изображенной на рис. 1. Включили схему. Измерили входные токи ОУ. Вычислили средний входной ток Iвх и разность входных токов ОУ.    Рис. 1 – Эксперимент 1 Эксперимент 2. Измерение напряжения смещенияОткрыли файл с11_002 со схемой, изображенной на рис.2. Включили схему.  Рис. 2 - Эксперимент 2   Эксперимент 3. Измерение входного и выходного сопротивленийа). Открыли файл с11_003 со схемой, изображенной на рис. 3 - 4. Включили схему.  Рис. 3 – Ключ положение 1 Измерили входной ток Iвх и выходное напряжение Uвых.  Рис. 4 – Ключ положение 2 Рассчитали изменения входного напряжения и тока:   По полученным результатам вычислили дифференциальное входное сопротивление ОУ:  б). Уменьшили сопротивление нагрузочного резистора R2 до тех пор, пока выходное напряжение Uвых не стало примерно равно половине значения, полученного в п. а).  Рис. 5 – Значение R2 Эксперимент 4. Измерение времени нарастания выходного напряжения ОУОткрыли файл с11_004 со схемой, изображенной на.рис. 5. Включили схему. Зарисовали осциллограмму выходного напряжения в раздел "Результаты экспериментов". По осциллограмме определили величину выходного напряжения, время его установления и вычислили скорость нарастания выходного напряжения в В/мкс.  Рис. 6 – Эксперимент 4    ВЫВОДВ ходе выполнения лабораторной работы были измерены величины входных токов операционного усилителя, измерена величина среднего входного тока и разность входных токов ОУ, измерено напряжение смещения, дифференциальное входное сопротивление, вычислено выходное сопротивление и измерена скорость нарастания выходного напряжения. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКАкулинин С.А. Минаков С.А, Схемотехника/С.А. Акулинин, С.А. Минаков - ФГБОУ ВО “Воронежский государственный технический университет – Воронеж, - 2007. – 48 с. |