Лабораторна робота №7 Дослідження характеристик операційного підсилювача

Мета роботи: Вимір вхідних струмів операційного підсилювача (ОП).

• Оцінка величин середнього вхідного струму й різниці вхідних струмів ОП.

• Вимір напруги зсуву ОП.

• Вимір диференціального вхідного опору ОП.

• Обчислення вихідного опору ОП.

• Вимір швидкості наростання вихідної напруги ОП.

Прилади й елементи

· Амперметр

· Осцилограф

· Функціональний генератор

· Джерело напруги

· ОП LM741

· Резистори

Питання для самопідготовки

1. Чи відрізняється обмірюване значення середнього вхідного струму Iвх від його
номінального значення для ОП LM741, узятого з паспортних даних?

2. Суттєва чи є відмінність різниці вхідних струмів від номінального значення для OУ LM741?

3. Чи збігаються обмірюване значення напруги зсуву з номінальним значенням для OУ LM741?

4. Порівняйте величину обмірюваного вхідного опору з паспортними даними на ОП M741.

5. Зрівняєте величину обмірюваного вихідного опору з паспортними даними на ОП LM741.

6. Зрівняєте між собою величини вхідного й вихідного опорів ОП. Яка схема заміщення ОП як елемента електричного ланцюга?

7. Чи відрізняється експериментальне значення швидкості наростання вихідної напруги від номінального значення?

8. В чим причина виникнення вхідних струмів ОП й різниці вхідних струмів ∆І До чого вони приводять при роботі схем на ОП?

Короткі відомості з теорії

Інтегральний операційний підсилювач характеризується рядом параметрів, що описують цей компонент із погляду якості виконання їм своїх функцій. Серед параметрів, приводять звичайно в довідкових даних, основними є наступні.

Середній вхідний струм I _вх. Під час відсутності сигналу на входах ОП через його вхідні висновки протікають струми, обумовлені базовими струмами вхідних біполярних транзисторів або струмами витоку затворів для ОП з польовими транзисторами на вході.

Вхідні струми, проходячи через внутрішній опір джерела вхідного сигналу, створюють спадання напруги на вході ОП, які можуть викликати поява напруги на виході у відсутності сигналу на вході. Компенсація цього спадання напруги утруднена тим, що струми входів реальних ОП можуть відрізнятися друг від друга на 10...20%. Вхідні струми ОП можна оцінити по середньому вхідному струмі, яке обчислюється як середньоарифметичне струмів на інвертуючем і неінвертуючем входах:

I_вх=(I₁+I₂)/2,

де I₁, I₂ відповідно струми що інвертує й не інвертує входів.

Різниця вхідних струмів ∆ Iвх визначається вираженням:

∆Iвх = I₁-I₂.

У довідниках указують модуль цієї величини. Схема для виміру вхідних струмів представлена на мал. 32.

Коефіцієнт підсилення напруги на постійному струмі Кп - показник ОП, що визначає наскільки добре виконує ОП основну функцію - посилення вхідних сигналів. В ідеального підсилювача коефіцієнт підсилення повинен прагнути до нескінченності. Коефіцієнт підсилення напруги схеми підсилювача на ОП (мал. 33) обчислюється по формулі:

Kп=R2/R1

Напруга змішання Uзм - значення напруги, який необхідно подати на вхід ОП, щоб напруга на його виході було нульовим. Напруга змішання Uзм можна обчислити, знаючи вихідну напругу при відсутності напруги на вході й коефіцієнт підсилення:

Uзм =∆Uвих/ Kп

Вхідний опір Rвx. Розрізняють два складові вхідні опори: диференціальний вхідний опір і вхідний опір по синфазному сигналі (опір витоку між кожним входом й "землею"). Вхідний диференціальний опір для біполярних ОП перебуває звичайно в межах 10 кОм.,.10 МОм. Вхідний опір по синфазному сигналі визначається як відношення збільшення вхідної синфазної напруги до викликаного збільшення середнього вхідного струму ∆I _вх.cр:

Rвх=∆Uвх.сф/∆Iвх.ср

Диференціальний вхідний опір спостерігається між входами ОП й може бути визначене по формулі:

Rвх.диф.=∆Uвх/∆Iвх

де ∆U _вх - зміна напруги між входами ОП, ∆Iвх - зміна вхідного струму.

Вихідний опір R _вих в інтегральних ОП становить 20...2000 Ом. Вихідний опір зменшує амплітуду вихідного сигналу, особливо при роботі підсилювача, на порівнянне з ним опір навантаження. Схема для виміру диференціального вхідного опору ОП й вихідного опору наведена на мал. 34.

Швидкість наростання вихідної напруги V u_вих дорівнює відношенню зміни вихідної напруги ОП вчасно його наростання при подачі на вхід стрибка напруги. Час наростання визначається інтервалом часу, у плині якого вихідна напруга ОП змінюється від 10% до 90% від своїх сталих значень.

Vu_вих=Uвих/tуст

Схема для виміру швидкості наростання вихідної напруги показана на мал. 35. Виміри проводяться при подачі імпульсу у вигляді щабля на вхід ОП, охопленого негативним зворотним зв'язком (НЗЗ) із загальним коефіцієнтом підсилення від 1 до 10.

 

Порядок виконання роботи

Примітка. Паспортні дані OYLM741:

• середній вхідний струм ОП 0,08 мкА;

• різниця вхідних струмів ОП 0,02 мкА;

• напруга зсуву ОП 1 мкВ;

• вхідний опір ОП 2 МОм;

• вихідний опір ОП 75 Ом;

• швидкість наростання вихідної напруги ОП 0,5 В/мкс.