Порядок выполнения эксперимента

Исследование операционных усилителей

Введение

Операционный усилитель представляет собой идеальный усилитель с высокорезистивным дифференциальным входом (два входных вывода) и очень высоким коэффициентом усиления. Фактически многие электронные устройства, выполняемые на транзисторах, могут быть также реализованы на операционных усилителях.

 

 

инвертирующий вход

неинвертирующий вход

вход

вход

выход

 

 

При подаче на неинвертирующий вход приращение выходного сигнала совпадает по знаку (фазе) с приращениями входного сигнала. Если же сигнал подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак (противоположный по фазе). При подаче сигналов на оба входа сигнал на выходе равен

 

U_ВЫХ = ν (U₁ – U₂),

 

где ν →∞ –коэффициент усиления операционного усилителя;

U₁иU₂ – сигнал на неинвертирующем и инвертирующем входах соответственно.

Входное сопротивление операционного усилителя очень велико (R_ВХ→∞), поэтому входной ток при расчете считается равным нулю.

Выходное сопротивление операционного усилителя весьма мало (R_ВЫХ→0), поэтому ток нагрузки усилителя практически не влияет его выходное напряжение.

Инвертирующий вход часто используется для введения в операционный усилитель внешних обратных связей.

Инвертирующий усилитель

Общие сведения

Инвертирующий усилитель представляет собой устройство, которое преобразует входное напряжение в выходное напряжение противоположной полярности. В случае синусоидального напряжения образуется фазовременной сдвиг 180° между входным и выходным сигналами. Инвертирующий усилитель может быть использован для усиления или ослабления входного сигнала. Его принципиальная схема показана на рис. 8.1.1.

 

Рис. 8.1.1

 

Коэффициент усиления равен

 

n = - U_ВЫХ / U_ВХ = - R_ОС / R_ВХ.

Для упрощения расчетов делаются следующие допущения:

• В диапазоне модуляции разность потенциалов между двумя входами равна 0;
• Входной ток усилителя равен 0.

Коэффициент усиления n = - 1(когдаR_ОС = R_ВХ), то есть амплитуды входного и выходного сигналов равны.

Экспериментальная часть

Задание

Построить кривую, показывающую зависимость выходного напряжения от входного, изучить влияние величины сопротивления нагрузки на выходное напряжение.

 

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь, как показано на рис. 8.1.1. С помощью мультиметра измерьте величины выходного напряжения U_ВЫХ при различных сопротивлениях отрицательной обратной связиR_ОС и входных напряжениях U_ВХ согласно табл. 8.1.1.

 

 

Рис. 8.1.2

 

Таблица 8.1.1

 

UВХ, В	-10	-8	-6	-4	-2
UВЫХ при RОС= 10 кОм
UВЫХ при RОС= 22 кОм
UВЫХ при RОС= 47 кОм

 

• Занесите результаты измерений в табл. 8.1.1. На графике (рис. 8.1.3) постройте кривые зависимостей выходного напряжения U_ВЫХ от входного U_ВХ при различных сопротивлениях отрицательной обратной связи R_ОС.

 

 

Рис. 8.1.3

 

• Для изучения влияния сопротивления нагрузки установите входное напряжение U_ВХ = - 5 В, а R_ОС = R_ВХ = 10 кОм. Подсоедините к выходу усилителя поочередно различные сопротивления нагрузки согласно табл. 8.1.2 и измерьте мультиметром результирующие выходные напряжения U_ВЫХ.

 

 

Таблица 8.1.2

 

RН, Ом
UВЫХ, В

 

· Занесите измеренные величины в табл. 8.1.2 и затем постройте на графике (рис. 8.1.4) кривую зависимости выходного напряжения U_ВЫХ от сопротивления нагрузки R_Н.

 

 

Рис. 8.1.4

 

Вопрос 1: Какова полярность входного напряжения U_ВХ инвертирующего усилителя по сравнению с выходным напряжением U_ВЫХ?

Ответ:.......................

 

Вопрос 2:Какие компоненты определяют коэффициент усиления nинвертирующего усилителя?

Ответ:..........................

 

Вопрос 3:Какова величина коэффициента усиления при R_ОС = 100 кОм и

R_ВХ = 10 кОм?

Ответ:..........................

 

Вопрос 4:Какое утверждение можно сделать относительно характеристики на рис. 8.1.4?

Ответ: ..........................