- •Основы электроники
- •2.3 Методические указания 54
- •3.3 Методические указания 76
- •4.3 Методические указания 97
- •5.3 Методические указания 123
- •Предисловие
- •1 Выпрямление
- •1.1 Задание
- •1.2 Теоретическая часть
- •1.2.1 Принцип выпрямления. Однополупериодный выпрямитель
- •1.2.2 Двухполупериодный выпрямитель
- •1.2.3 Спектральное описание выпрямления
- •1.2.4 Сглаживание пульсаций в схемах выпрямителей
- •Контрольные вопросы
- •1.3 Методические указания
- •2 Усилитель на биполярном транзисторе
- •2.1 Задание
- •2.2 Теоретическая часть
- •2.2.1 Механизм усиления
- •2.2.2 Режимы работы и основные параметры усилителей
- •2.2.3 Простейший усилитель на биполярном транзисторе
- •2.2.3.1 Характеристики и режимы работы транзистора с оэ
- •2.2.3.2 Физический анализ простейшей схемы усилителя
- •2.2.3.3 Методы анализа нелинейных резистивных цепей
- •2.2.3.4 Графический метод анализа усилителя
- •2.2.3.5 Графоаналитический метод анализа усилителя
- •2.2.4 Схема типового усилителя на биполярном транзисторе с оэ
- •Контрольные вопросы
- •2.3 Методические указания
- •3 Мультивибратор на транзисторах
- •3.1 Задание
- •3.2 Теоретическая часть
- •3.2.1 Анализ схемы включения транзистора с общим эмиттером
- •3.2.2 Ключи на биполярных транзисторах
- •3.2.3 Мультивибратор на транзисторах
- •3.2.4 Анализ схемы мультивибратора
- •3.2.5 Расчет основных показателей мультивибратора
- •Контрольные вопросы
- •3.3 Методические указания
- •4 Схемы на операционном усилителе
- •4.1 Задание
- •4.2 Теоретическая часть
- •4.2.1 Общие сведения об операционном усилителе
- •4.2.2 Основные параметры операционного усилителя
- •4.2.3 Схемы на операционном усилителе
- •4.2.3.1 Инвертирующая схема включения операционного усилителя
- •4.2.3.2 Инвертирующий усилитель
- •4.2.3.3 Суммирующий усилитель
- •4.2.3.4 Цифроаналоговый преобразователь (цап)
- •4.2.3.5 Аналоговый интегратор
- •4.2.3.6 Аналоговый дифференциатор
- •4.2.3.7 Релаксационный автогенератор
- •Контрольные вопросы
- •4.3 Методические указания
- •5 Элементы цифровой электроники
- •5.1 Задание
- •5.2 Теоретическая часть
- •5.2.1 Аналоговые и цифровые электрические сигналы
- •5.2.2 Взаимное преобразование аналоговых и цифровых сигналов
- •5.2.3 Цифровые (логические) схемы
- •5.2.4 Основы булевой алгебры
- •5.2.4.1 Булевы переменные и основные операции булевой алгебры
- •5.2.4.2 Булевы функции. Анализ и синтез булевых функций
- •5.2.5 Базовые логические элементы
- •5.2.6 Комбинационные и последовательностные логические схемы
- •5.2.6.1 Комбинационные логические схемы
- •5.2.6.2 Синтез комбинационных схем
- •5.2.6.3 Последовательностные логические схемы. Триггеры
- •5.2.6.4 Асинхронный rs-триггер
- •Контрольные вопросы
- •5.3 Методические указания
- •Приложение 1
- •1.1 Общие сведения о полупроводниках
- •1.2 Контактные явления в полупроводниках
- •1.3 Полупроводниковые диоды
- •1.4 Полупроводниковые триоды (транзисторы)
- •Приложение 2 Спектральное представление периодических сигналов
- •Литература
4.2.2 Основные параметры операционного усилителя
Свойства ОУ полностью определяются набором параметров, которые приводятся в справочниках по микросхемам и определяют их качество.
Основными параметрами ОУ, как и любого усилителя, являются коэффициент усиления, полоса рабочих частот, динамический диапазон, входное и выходное сопротивления (см. описание к работе «Усилитель на биполярном транзисторе»).
ОУ усиливает разность сигналов, поступивших на его два входа, а именно, напряжение на выходе ОУ (рис.1) равно
|
(1) |
где – коэффициент усиления операционного усилителя по напряжению.
Разность сигналов на входах ОУ называют дифференциальным входным сигналом или просто входным сигналом, то есть .
Коэффициент усиления ОУ зависит от частоты входного сигнала и его амплитуды. Зависимость от частоты – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – типична для усилителя постоянного тока и приведена на рис.2. Полоса усиления ОУ , где , а – частота единичного усиления, определяемая на уровне единичного усиления ( .
Kоу f |
Рис.2. АЧХ операционного усилителя
|
uвх uд -Eк +Eк uвых 0 -uд |
Рис.3. Передаточная характеристика ОУ |
Она показана на рис.3. Как видно из рис.3, передаточная характеристика нелинейна и имеет области насыщения при . Для малых сигналов ( ) зависимость от линейна и наклон этой прямой равен коэффициенту усиления . Очевидно, если уровень входных сигналов по модулю приближается к , ( ), то усиление сопровождается искажением сигналов. Искажения выходного сигнала относительно входного за счет нелинейных свойств схемы называются нелинейными.
При выходное напряжение ОУ достигает насыщения, примерно равного напряжению источника питания , то есть практически не зависит от . В этом случае операционный усилитель работает в режиме ограничения сигнала.
Таким образом, только часть передаточной характеристики ( ) ОУ является рабочей областью для режима линейного усиления. При этом определяет максимально допустимую величину сигнала на входе – динамический диапазон усилителя. Поскольку существующие ОУ имеют , то наклон линейного участка относительно оси абсцисс велик ( ), а значит, динамический диапазон мал. Оценить динамический диапазон ОУ можно, подставив в (1), типовую величину ЭДС источника питания:
.
Значит, в линейном режиме операционный усилитель работает с сигналами, величина которых не превышает единиц милливольт.
Входное сопротивление ОУ лежит в пределах 106¸1010 Ом. Выходное сопротивление составляет десятки-сотни Ом, поэтому подключение практически любой нагрузки, сопротивление которой превышает 103 Ом, не влияет на параметры усилителя.
ОУ редко используются без подключения к ним дополнительных внешних цепей. Примером такого использования является компаратор (от to compare – сравнивать). Простейший компаратор имеет схему, показанную на рис.1, когда на неинвертирующий вход ОУ подается опорное напряжение , а на инвертирующий вход поступает напряжение , уровень которого нужно сравнить с опорным сигналом.
Как следует из (1), при > напряжение на выходе схемы равно , а при < .
Компаратор является одним из основных элементов устройств преобразовательной техники: это составная часть аналого-цифровых преобразователей различного типа, систем контроля и диагностики и т. д.