4 Схемы на операционном усилителе
Целью работы является изучение и экспериментальное исследование ряда радиоэлектронных схем на операционном усилителе.
4.1 Задание
1. При подготовке к работе изучить следующие вопросы:
основные параметры ОУ, определяющие его качество;
инвертирующая схема включения ОУ, цепь обратной связи и ее роль в формировании передаточной характеристики схем на ОУ;
анализ инвертирующего усилителя, сумматора, интегратора и дифференциатора на ОУ;
анализ схемы цифроаналогового преобразователя;
генератор на операционном усилителе.
2. Провести расчёт и экспериментальное исследование следующих схем на операционных усилителях: инвертирующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый дифференциатор, аналоговый интегратор, релаксационный генератор.
3. Сравнить результаты расчёта с экспериментальными данными, обсудить причины расхождений, оценить ошибки преобразований сигналов.
4.2 Теоретическая часть
4.2.1 Общие сведения об операционном усилителе
Операционный усилитель (ОУ) – это усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, большим входным и малым выходным сопротивлениями.
Усилителем постоянного тока (УПТ) называется устройство, которое усиливает не только переменные, но и постоянные токи или напряжения. Таким образом, диапазон рабочих частот УПТ начинается с нулевой частоты (постоянный ток), а верхняя граница полосы усиления для разных ОУ лежит в пределах 102 – 0.25*108 Гц. УПТ обычно строятся на основе резисторных усилителей на транзисторах с непосредственной связью между каскадами.
Первоначально высококачественные УПТ с внешними цепями обратной связи использовались для выполнения математических операций в аналоговых вычислительных машинах, откуда и получили свое название «операционные». В настоящее время ОУ является элементной базой, на которой строятся радиотехнические схемы обработки сигналов, устройства управления технологическими процессами и устройства измерительной техники. Достоинством операционных усилителей являются их универсальность, простота связей между различными функциональными устройствами, возможность миниатюризации электронной аппаратуры.
Современные ОУ – интегральные полупроводниковые микросхемы. Большинство ОУ имеют два входа и один выход и обозначаются в схемах большим треугольником (рис.1). При подаче напряжения на один из входов ОУ полярность (знак) выходного напряжения совпадает с полярностью входного. Такой вход называют неинвертирующим (прямым) и часто обозначают символом «+». При подаче напряжения на другой вход ОУ выходное напряжение меняет полярность (знак) на обратную. Такой вход называют инвертирующим (обратным) и обозначают символом «–».
На
рис.1 показана схема подключения к ОУ
источников питания с ЭДС
,
нагрузки
и двух источников сигналов
.
|
Рис.1 Подключение питания к операционному усилителю. |
Два источника постоянного тока соединены последовательно друг с другом и потенциал средней точки считается равным нулю, а сама точка называется «общим проводом». Во многих случаях для уменьшения радиопомех точка нулевого потенциала схемы реально заземляется, поэтому её часто называют «землей». В дальнейшем для простоты мы также будем использовать этот термин. Показанное на рис.1 подключение источников питания называется симметричным относительно земли. Симметричное питание ОУ позволяет:
а) получать на выходе, несимметричном относительно земли, и положительные, и отрицательные напряжения;
б) иметь при отсутствии сигналов на входах нулевое напряжение на выходе.