Цель работы
Изучить свойства интегрального операционного усилителя (ОУ) типа К140УД7 на примере четырех схем включения: инвертирующего масштабного ОУ, неинвертирующего масштабного ОУ, интегрирующего ОУ и дифференцирующего ОУ.
Содержание работы
1. Исследование инвертирующей и неинвертирующей схем включения
операционного усилителя (ОУ). Определение параметров KU, Rвх, Rвых.
2. Снятие АЧХ масштабного ОУ.
3. Снятие временных диаграмм выходного напряжения дифференцирующего и интегрирующего ОУ.
Общая часть
Операционными усилителями (ОУ) называют высококачественные усилители постоянного тока (УПТ), предназначенные для выполнения
различных операций над аналоговыми величинами (сигналами).
В настоящее время в качестве УПТ в основном используют интегральные операционные усилители в виде микросхем. По конструктивному исполнению они являются законченными широкополосными УПТ, имеющими большой коэффициент усиления и широкое применение не только для выполнения математических операций, но и в различных функциональных устройствах.
ОУ всегда применяется с цепью глубокой отрицательной ОС. В этом случае результирующей коэффициент усиления KU определяется только параметрами цепи ОС и не зависит от исходного коэффициента усиления K0 и его изменений.
Инвертирующий масштабный ОУ (рис. 4.1) имеет параллельную ОС по напряжению, образуемую резисторами R2 и R1. Резистор R3 служит для выравнивания входных токов ОУ и уменьшения напряжения смещения нуля Iсм. Параметры схем определяются простыми выражениями:
KU = – , Rвх=R1.
Рис. 4.1. Схема инвертирующего ОУ Рис. 4.2. Схема неинвертирующего ОУ
Неинвертирующий масштабный ОУ (рис. 4.2) охвачен последовательной ОС по напряжению, образуемой теми же резисторами R2 и R1.
Для этой схемы K U = +1, Rвх » Rвх.сф,
где Rвх.сф – синфазное входное сопротивление ОУ.
Интегрирующий ОУ (рис. 4.3) содержит реактивный элемент – конденсатор, включенный вместо резистора R
2 в цепи ОС.
Рис. 4.3. Схема интегрирующего ОУ Рис. 4.4. Схема дифференцирующего ОУ
Передаточная функция ОУ имеет вид:
W(p) = = – = .
Связь между Uвых и Uвх в операторной форме имеет вид:
Uвых(p) = W(p)·Uвх(p) = .
Переходя к оригиналу, получим временную зависимость между Uвых и Uвх:
Uвых(t) = ò Uвх(t)dt + U0.
При подаче постоянного входного напряжения на выходе интегратора получим линейно нарастающее напряжение:
Uвых(t) = .
Дифференцирующий ОУ (рис. 4.4) содержит конденсатор C на входе вместо резистора R1. Его передаточная функция имеет вид:
W(p) = = pRосC1.
а временная зависимость между Uвых и Uвх определяется выражением:
Uвых(t) = RосC1.
