Методические указания к лабораторной работе практикума по радиоэлектронике Новосибирск, 1997

РЭЛ 4

Министерство общего и профессионального образования Российской федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра радиофизики

Операционные усилители

Методические указания к лабораторной работе практикума по радиоэлектронике

Новосибирск, 1997

Лабораторная работа посвящена изучению операционных усилителей и схем их включения. В методическом пособии разъясняется принцип работы операционного усилителя, приводятся основные параметры и стандартные схемы включения.

В задачу студента входит изучение основных параметров операционных усилителей и схем их включения, измерение основных параметров ОУ, макетирование и наладка некоторых электронных схем с их применением.

Составитель Г.И. Кузин

Печатается по решению кафедры радиофизики

Оглавление

Введение............................................................................................................................ 3

1. Параметры операционных усилителей............................................................... 5

2. Схемы включения операционных усилителей.................................................. 8

3. Практические задания............................................................................................ 12

3.1. Измерение (U_см ), (f₁ ), (I_вх ), (DI_вх ).................................................................... 13

3.2. Наблюдение температурного дрейфа и низкочастотного шума....... 14

3.3. Интегратор........................................................................................................ 14

3.4. Компаратор с гистерезисом......................................................................... 14

3.5. Прецизионный выпрямитель........................................................................ 15

3.6. Измерение малых сопротивлений............................................................... 15

3.7. Измерение э.д.с. термопары.......................................................................... 15

Литература.................................................................................................................... 16

Справочные данные некоторых ОУ....................................................................... 16

Ó Новосибирский государственный университет, 1997

Введение

Операционный усилитель (ОУ) – это электронный усилитель, предназ­на­ченный для различных операций над аналоговыми величинами в схемах с отрицательной обратной связью (ООС). Чаще под ОУ понимают усилитель постоянного тока (УПТ) с дифференциальным входом, большим коэф­фи­ци­ен­том усиления K₀ , малыми входными токами I_вх , большим входным сопро­тив­лением R_вх , малым выходным сопротивле­нием R_вых , достаточно большой граничной частотой усиления f_гр , малым смещением нуля U_см . Под больши­ми и малыми понимаются такие величины, которые в простых расчетах мож­но считать соответственно бесконечными или нулевыми (идеальный ОУ).

Для идеального ОУ K₀ = ¥; I_вх = 0; R_вх = ¥; R_вых = 0; f_гр = ¥; U_см = 0.

Основное назначение операционного усилителя – построение схем с точно синтезированной передаточной функцией, которая зависит практически только от свойств цепи обратной связи (ОС). На основе ОУ создаются прецизионные масштабирующие усилители, генераторы функций, стабилизаторы напряжения и тока, активные фильтры, логарифмирующие и потенцирующие усилители, интеграторы и дифференциаторы и т.д. Можно насчитать более 100 стандартных схем включения ОУ общего применения.

Рис. 1. Упрощенная принципиальная схема ОУ (часть схемы, обозначенная штриховкой, не приведена).

Независимо от слож­ности внутреннего устройства первый каскад состоит из дифференци­аль­ного усилителя (ДУ), который определяет входные свойства ОУ. Использование полевых транзисторов на входе делает входные токи очень малыми (от 10‑9 А до 10‑12 А). Второй каскад служит для усиления и согласования по сопротивлению входного и выходного каскадов.

Оконечный (выходной) каскад служит для согласования большого выходного сопротивления усилительных каскадов с низкоомной нагрузкой, т.е. позволяет получить малое выходное сопротивление.

Операционные усилители обычно питаются от симметричных источников, обеспечивающих одинаковые по величине положительное и отрицательное напряжение +U_п , – U_п относительно нулевого провода ("земли"). Для большинства современных ОУ напряжение питания можно менять в достаточно широких пределах от ±3В до ±18В.

Выходное напряжение ОУ связано со входным дифференциальным сигналом простым выражением

U_вых = K₀ ×(U_вх+ - U_вх-