Общие характеристики

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СХЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ

ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы: изучение основных характеристик операционного усилителя (ОУ), основных усилительных схем на ОУ, методов расчета усилителей на ОУ, методов экспериментального анализа усилителей на ОУ.

Лабораторная работа состоит из двух этапов:

1. Самостоятельная (вне лабораторных занятий) подготовка к выполнению работы, включающая изучение теоретических сведений, письменные ответы на контрольные вопросы, моделирование с использованием программы EWB амплитудно-частотной характеристики инвертирующего усилителя с различными коэффициентами усиления, оформление бланка отчета.

2. Практическая часть, включающая проведение экспериментов и их обработку во время лабораторных занятий.

Краткие теоретические сведения

Общие характеристики

Операционные усилители были созданы для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах.

Первый ламповый операционный усилитель создан в 1942 году, транзисторный – в 1959 году, интегральный – μА702 (отечественный аналог 140УД1) – в 1963 году.

Несмотря на свою сложную внутреннюю структуру по размерам и цене операционный усилитель практически не отличается от обычного транзистора. Реализация же различных функциональных схем на операционных усилителях значительно проще, чем на отдельных дискретных транзисторах.

Функционально операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока с очень высоким коэффициентом усиления. Входной каскад операционного усилителя выполнен по дифференциальной схеме.

Конструктивно операционный усилитель – это аналоговая интегральная схема, имеющая минимум пять выводов.

Условно-графическое обозначение приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Условно-графическое обозначение ОУ

С учетом фазовых соотношений входных и выходного сигналов вход 1 называется неинвертирующим входом (р-входом), а вход 2 – инвертирующим входом (n-входом).

Выводы + Е _п и – Е _п используются для подключения источников питания положительной и отрицательной полярности (или двухполярного источника питания). Общие выводы источников питания подключаются к общей шине схемы, относительно которой отсчитываются (измеряются) входные и выходное напряжение ОУ. Наличие двухполярного напряжения питания необходимо для формирования двухполярного выходного напряжения U _вых.

Для ОУ общего применения напряжение питания лежит в диапазоне ±3 – ±18 В.

Кроме пяти основных выводов ОУ может иметь несколько дополнительных выводов для подключения внешних цепей, предназначенных для коррекции фазо-частотной характеристики ОУ или для коррекции напряжения сдвига ОУ.

Характеристики ОУ приближаются к характеристикам идеального ОУ, имеющего:

1. бесконечный коэффициент усиления по напряжению (А = ¥);

2. бесконечное входное сопротивление (R _вх = 0, I _вх ,_р = I _вх ,_n = 0);

3. нулевое выходное сопротивление (R _вых = 0);

4. равенство нулю выходного напряжения при равных напряжениях на его входах (U _вых = 0 при U_р = U_n);

5. бесконечную ширину полосы пропускания (D f = ¥, отсутствие задержки при прохождении сигнала через ОУ).

На практике ни один из этих параметров не достигается. Параметры реального ОУ равны параметрам идеального с той или иной степенью приближения.