Лабораторная работа №3 Исследование операционных усилителей

Лабораторная работа №3
Исследование операционных усилителей


Цель работы: Исследование инвертирующего и неинвертирующего операционного усилителя.


Теоретические сведения
Наиболее распространенной усилительной интегральной
микросхемой (ИМС) является операционный усилитель (ОУ).
Операционным усилителем называют усилитель постоянного тока с
дифференциальным входом и однотактным выходом, имеющий высокий
коэффициент усиления. Усилитель постоянного тока (УПТ) -
электронный усилитель, рабочий диапазон частот которого включает
нулевую частоту (постоянный ток). На верхнюю границу частотного
диапазона усилителя никаких особых ограничений не накладывается, то
есть она может находиться в области высоких частот. Таким образом,
термин УПТ можно применять к любому усилителю, способному работать
на постоянном токе. В подавляющем большинстве случаев УПТ является
усилителем не только тока, но и напряжения.
ОУ предназначен для выполнения различных операций с
аналоговыми сигналами: усиление и ослабление, сложение и вычитание,
интегрирование и дифференцирование, логарифмирование и
потенцирование, фильтрация и другие. ОУ в цифровой электронике
используется реже. Операции ОУ выполняет за счет вариации цепей
положительной и отрицательной обратной связи. Данные цепи могут
включать сопротивления, емкости и другие элементы. На элементы
накладывается требование приближать параметры ОУ к идеальному
источнику напряжения. Идеальный ОУ обладает следующими свойствами:
коэффициент передачи ОУ без обратной связи равен
бесконечности:
- входной ток равен нулю;
- напряжение смещения и ток смещения нуля на входе ОУ равны
нулю;
- входное сопротивление ОУ равно бесконечности;
- выходное сопротивление ОУ равно нулю.
В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов. На рисунке 1. показано схематичное изображение операционного усилителя. Выводы имеют следующие значения:

• 
  V₊ - неинвертирующий вход
  
• 
  V_- - инвертирующий вход
  
• 
  V_out - выход
  
• 
  V_S+ - плюс напряжения питания
  
• 
  V_S- - минус напряжения питания
  

Рисунок - 3.1.

Основными схемами на ОУ являются неинвертирующий(рис.3.2) и инвертирующий (рис.3.3) усилители, режим работы которых осуществляется в пределах линейного участка передаточной характеристики.

Рисунок - 3.2.

Данная схема позволяет использовать в качестве неинвертирующего усилителя ОУ, схема обладает высоким полным входным сопротивлением, причем коэффициент усиления всей схемы по напряжению может быть задан с помощью сопротивлений R1 и R2.

Рисунок - 3.3.

Входной и выходной сигналы инвертирующего усилителя сдвинуты по фазе на 180°. Изменение знака выходного сигнала относительно входного создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R2 параллельной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход связан с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ.