Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Теоретичні відомості. Тема. Дослідження операційного підсилювача за допомогою програмного комплексу Electronics Workbench.




Лабораторна робота №10

 

Тема. Дослідження операційного підсилювача за допомогою програмного комплексу Electronics Workbench.

 

Мета роботи: вивчення принципів роботи, головних параметрів та характеристик операційного підсилювача ОП, дослідження ОП у вигляді масштабного підсилювача, суматора, диференціатора та інтегратора.

 

Теоретичні відомості

Досліджуваний підсилювач називається операційним тому, що він може використовуватись для виконання різних математичних операцій над сигналами: алгебраїчного додавання, віднімання, множення на постійний коефіцієнт, інтегрування, диференціювання, логарифмування і т.д. Операційним часто називають підсилювач напруги з великим коефіцієнтом підсилення, охоплений ланцюгом від’ємного зворотного зв’язку, який визначає основні якісні показники та характер виконуваних підсилювачем операцій. Сучасні ОП виконуються на базі інтегральних мікросхем операційного підсилювача ІМС ОП, до виводів якої, крім ланцюга від’ємного зворотного зв’язку, підключаються джерело живлення, вхідних сигналів, опору навантаження, ланцюги корекції частотних характеристик ОП в інтегральному виконанні та інші ланцюги.

 
 

ОП – це підсилювач постійного струму (ППС), його амплітудно-частотна характеристика не має завалу в області низьких частот, оскільки ОП не містить роз’єднувальних конденсаторів. Для того, щоб при відсутності вхідних сигналів потенціал виходу можна було звести до нуля (потенціалу землі), живлення ОП роблять двополярним та звичайно симетричним (наприклад, +/-12,6 В).

Рисунок 14.1 - Умовне позначення ОП. Види вхідних напруг

 

На рис.14.1а показано умовне позначення ОП з одним виходом та двома входами: прямим та інверсним. Інверсний вхід позначають знаком інверсії (колом) або позначають знаком “-“. Прямий вхід 1 не має знака інверсії або його позначають знаком “+”. В загальному випадку на виводи ОП 1 та 2 надходять напруги UВХ1 та UВХ2, які називають напругами загального виду. З них виділяють синфазний UСФ = (UВХ1+UВХ2)/2 та диференційний UДИФ = UВХ1 – UВХ2 сигнали (рис.14.1б). Відносно UСФ потенціал вхідного виводу 1 вище, а виводу 2 – нижче на значення ΔU, а диференційний (різницевий) сигнал Uдиф = 2ΔU. Операційний підсилювач призначений для підсилення невеликого (диференційного) сигналу. Синфазний сигнал схемою ОП повинен бути максимально ослаблений. Вихідна напруга UВИХ знаходиться у фазі (синфазно) з напругою на вході 1 UВХ1, та протифазно напрузі на вході 2 UВХ2.

 
 

На рис.14.2 зображено амплітудні характеристики ОП для випадків: а - вхідний сигнал подається на інверсний вхід 2, а неінверсний вхід 1 заземлений (UВИХ протифазно UВХ1); б – вхідний сигнал подається на неінверсний вхід 1, а інверсний вхід 2 заземлений (UВИХ синфазно UВХ1) Вихідна напруга UВИХ знімається відносно середньої точки джерела живлення. Якщо UВХ=0, то UВИХ=0, що відображує умови балансу ОП. При відсутності зовнішнього ланцюга зворотного зв’язку уклін амплітудних характеристик (рис.14.2) визначається коефіцієнтом підсилення напруги ОП . Характерним для амплітудних характеристик ОП є наявність двох областей насичення +UВИХНАС та –UВИХНАС, при досягненні яких вихідна напруга залишається незмінною і не залежить від змін вхідної напруги. ОП в інтегральному виконанні характеризується великим коефіцієнтом підсилення напруги, високим вхідним та низьким вихідним опором.

Рисунок 14.2 – Амплітудна характеристика операційного підсилювача

 

В залежності від того, на які входи ОП діють вхідні сигнали, розрізняють три схеми підключення ОП в інтегральному виконанні: інвертувальні, неінвертувальні та диференціальні (рис.14.3-14.5). Ці схеми мають ряд загальних особливостей: 1- наявність елементів від’ємного зворотного зв’язку ВЗЗ; 2 – при виводі аналітичних виразів для оцінки основних параметрів ОП приймають значення , так як ІМС ОП мають дуже високий коефіцієнт підсилення напруги (); 3 – вхідний струм вважають рівним нулю, так як ІМС ОП має високий вхідний опір (RВХОП®¥).

Інвертувальний операційний підсилювач (рис.14.3a). В цій схемі вхідний сигнал подається на інвертувальний (інверсний) вхід ІМС ОП, а його неінвертувальний (прямий) вхід заземлений. Підсилювач називається інвертувальним, так як вихідна напруга UВИХ інвертувальна (протифазна) відносно вхідної напруги UВХ. Від’ємний зворотний зв’язок відтворюється при допомозі опору R2, R1 (паралельний ВЗЗ за напругою).

Так як вхідний струм ІМС ОП ІВХОПå@0, то

(14.1)

Оскільки диференційна вхідна напруга ІМС ОП UДИФ@(КUОП ® ¥), а RВИХОП®∞, то ІВХ=UВХ/R1, то ІВХ=UВХ/R1

(14.2)

Вихідна напруга в останньому виразі входить із знаком мінус, так як вона знаходиться у протифазі вхідній напрузі.

На основі співвідношень (14.1, 14.2) одержимо вираз для визначення коефіцієнта підсилення напруг схемою інвертувального ОП:

(14.3)

Якщо ввести позначення глибини ВЗЗ яка при виконанні умови R2 >>R1 дорівнює bвзз»R1/R2, то , якщо R1=R2, то КUОП=-1, ОП стає інвертувальним повторювачем напруги, у якого UВИХ =-UВХ. Вхідний опір інвертувального ОП RВХОП =R1, а вихідний опір .

Неінвертувальний вхід ІМС ОП через опір R3 з'єднаний з землею, тому його потенціал дорівнює нулю, а, відповідно, дорівнює нулю і потенціал інвертувального входу, оскільки UДИФ@0. Тому на входах цієї ІМС ОП синфазний сигнал відсутній. Оскільки RВХ реальної мікросхеми ОП не дорівнює безконечності, то через її входи протікають незначні вхідні струми, які при UВХ@0 можуть визвати помилкові зміни вихідного сигналу. Для їх компенсації необхідно забезпечити рівність опорів входів ІМС ОП. Тому в схему вводиться опір .

Інвертувальний ОП (рис.14.3a) може використовуватись для зміни масштабу вхідної напруги множенням її на постійний коефіцієнт (-R2/R1), а також для алгебраїчного додавання вхідних сигналів (як аналоговий суматор рис.14.3б). Напруга на виході такої схеми

якщо R1=R2=R, то .

 
 

А)

 
 

Б)

Рисунок 14.3 - Інвертувальна схема ввімкнення операційного

підсилювача (a), аналоговий суматор (б)

 

Неінвертувальний операційний підсилювач (рис.14.4). У цій схемі вхідний сигнал подається на інвертувальний вхід ІМС ОП. На його інвертувальний вхід за допомогою подільника вихідної напруги, виконаного на опорах R1 і R2, подається напруга ВЗЗ Uвзз=UвихR2/(R1+R2). У схемі діє послідовний ВЗЗ за напругою, глибина якого

(14.4)

а диференційна напруга, прикладена до ІМС ОП UДИФ=UВХ-UВЗЗ.

Оскільки коефіцієнт підсилення напруги ІМС ОП КU @¥,то UДИФ 0 та

(14.5)

 

Із цього співвідношення витікає, що коефіцієнт підсилення напруги схемою неінвертувального ОП

KUОП = (14.6)

 

вхідний опір неінвертувального ОП а вихідний опір

У цьому ввімкненні ІМС ОП потенціали його входів залишаються приблизно однакові, оскільки UДИФ@0, і дорівнюють значенню UВХ, тобто на входах ІМС ОП діє синфазний сигнал, значення якого близьке до UВХ. При виконанні умови R1=0, R2@¥, вираз (14.6) прийме вигляд

KUОП =1,

тобто операційний підсилювач буде виконувати функцію неінвертувального повторювача напруги, у якого UВИХ=UВХ (рис. 14.4б).

 

 
 

 
 

а) б)

 

Рисунок 14.4 - Неінвертувальна схема ввімкнення операційного підсилювача (a), неінвертувальний повторювач напруги (б)

 

 
 

Диференційний операційний підсилювач (рис.14.5). У цій схемі на обидва входи ІМС ОП подається вхідна напруга Uвх1, та Uвх2. Підсилювач працює у лінійному режимі та являє собою поєднання інвертувального та неінвертувального ввімкнення ІМС ОП.

 

Рисунок 14.5 - Диференційний операційний підсилювач

 

Вихідна напруга дорівнює алгебраїчній сумі напруг, які є результатом дії сигналів на відповідних входах ІМС ОП

 

 

Якщо виконуються умови R2=R3, R1=R4, то UВИХ=UВХ1-UВХ2, тобто схема віднімає вхідні напруги.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных