Тема 3. Интегральные усилители

Лабораторная работа №1

Исследование операционного усилителя с
использованием EWB

Цель работы

Исследование операционного усилителя с использованием пакета Electronics Workbench.

Теоретическое введение

Интегральный операционный усилитель характеризуется рядом параметров, описывающих этот компонент с точки зрения качества выполнения им своих функций. Среди параметров, обычно приводимых в справочных данных, основными являются следующие.

Средний входной ток . В отсутствии сигнала на входах ОУ через его входные выводы протекают токи, обусловленные базовыми токами входных биполярных транзисторов или токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутреннее сопротивление источника входного сигнала, создают падения напряжения на входе ОУ, которые могут вызывать появление напряжения на выходе в отсутствии сигнала на входе. Компенсация этого напряжения затруднена тем, что токи входов реальных ОУ могут отличаться друг от друга на 10..20%.

Входные токи ОУ можно оценить по среднему входному току, вычисляемому как среднее арифметическое токов инвертирующего и неинвертирующего входов:

( 1 )

где и соответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов.

Разность входных токов определяется выражением:

 

(2)

В справочниках указывают модуль этой величины.

Схема для измерения входных токов представлена на рис. №2.

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе К₀ – показатель ОУ, определяющий насколько хорошо выполняет ОУ основную функцию – усиление входных сигналов. У идеального усилителя коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности.

Коэффициент усиления напряжения схемы усилителя на ОУ (рис. №3) вычисляется по формуле:

(3)

Напряжение смещения -­ значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю.

Напряжение смещения можно вычислить, зная выходное напряжение при отсутствии напряжения на входе и коэффициент усиления:

(4)

Входное сопротивление . Различают две составляющие входного сопротивления: дифференциальное входное сопротивление и входное сопротивление по синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и «землей»). Входное дифференциальное сопротивление для биполярных ОУ находится обычно в пределах 10 кОм…10 МОм. Входное сопротивление по синфазному сигналу определяется как отношение приращения входного синфазного напряжения к вызванному приращению среднего входного тока :

(5)

Дифференциальное входное сопротивление наблюдается между входами ОУ и может быть определено по формуле:

, (6)

где - изменение напряжения между входами ОУ, - изменение входного тока.

Выходное сопротивление в интегральных ОУ составляет 20..2000 Ом. Выходное сопротивление уменьшает амплитуду выходного сигнала, особенно при работе усилителя, на сравнимое с ним сопротивление нагрузки. Схема для измерения дифференциального входного сопротивления ОУ приведена на рис. №4.

Скорость нарастания выходного напряжения V_Uвых равна отношению изменения выходного напряжения ОУ ко времени его нарастания при подаче на вход скачка напряжения. Время нарастания определяется интервалом времени, в течении которого выходное напряжение ОУ изменяется от 10% до 90% от своих установившихся значений.

V_Uвых = (7)

 

Схема для измерения скорости нарастания выходного напряжения показана на рис. №4. Измерения проводятся при подаче импульса в виде ступени на вход ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС) с общим коэффициентом усиления от 1 до 10.