Повторитель на операционном усилителе. Повторитель напряжения на операционном усилителе: принцип работы, схема, применение

Что такое повторитель напряжения на операционном усилителе. Как работает эта схема. Какие преимущества дает использование ОУ в качестве повторителя. Где применяются такие схемы на практике. Как рассчитать параметры повторителя напряжения.

Что такое повторитель напряжения на ОУ

Повторитель напряжения на операционном усилителе (ОУ) — это электронная схема, которая повторяет входное напряжение на выходе без изменения его амплитуды. Основные особенности такой схемы:

• Коэффициент усиления по напряжению равен 1
• Очень высокое входное сопротивление
• Очень низкое выходное сопротивление
• Широкая полоса пропускания
• Отсутствие фазового сдвига между входом и выходом

Повторитель напряжения часто называют буферным усилителем, так как он обеспечивает согласование высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой.

Принципиальная схема повторителя на ОУ

Схема повторителя напряжения на ОУ очень проста:

• Входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ
• Выход ОУ соединен напрямую с инвертирующим входом (100% отрицательная обратная связь)
• Питание ОУ двухполярное

Благодаря глубокой отрицательной обратной связи, напряжение на выходе в точности повторяет входное напряжение. При этом входной ток ОУ близок к нулю, а выходной ток может достигать десятков миллиампер.

Как работает повторитель напряжения на ОУ

Принцип работы повторителя напряжения на ОУ основан на свойствах операционного усилителя с глубокой отрицательной обратной связью:

1. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ
2. ОУ усиливает разность напряжений между входами
3. Выходное напряжение через цепь ООС поступает на инвертирующий вход
4. ОУ стремится уравнять напряжения на входах
5. В результате выходное напряжение становится равным входному

При этом входное сопротивление схемы очень велико (десятки мегаом), а выходное — очень мало (единицы ом). Это позволяет согласовать источник сигнала с нагрузкой.

Преимущества повторителя на ОУ

Использование ОУ в качестве повторителя напряжения дает ряд важных преимуществ по сравнению с другими схемами:

• Очень высокое входное сопротивление (не нагружает источник сигнала)
• Очень низкое выходное сопротивление (может работать на низкоомную нагрузку)
• Широкая полоса пропускания (до нескольких МГц)
• Отсутствие искажений сигнала
• Температурная стабильность
• Простота схемы

Все это делает повторитель на ОУ незаменимым во многих практических применениях.

Применение повторителей напряжения на ОУ

Повторители напряжения на операционных усилителях широко используются в различных электронных устройствах:

• Согласование высокоомных датчиков с измерительными приборами
• Буферные каскады в многокаскадных усилителях
• Развязка каскадов в аналоговых схемах
• Согласование выхода генераторов сигналов с нагрузкой
• Буферные усилители в аудиотехнике
• Повторители в схемах выборки-хранения
• Эмиттерные повторители в составных транзисторах

Везде, где требуется передать сигнал без искажений от высокоомного источника к низкоомной нагрузке, применяют повторители на ОУ.

Расчет параметров повторителя напряжения

При проектировании повторителя напряжения на ОУ необходимо учитывать следующие параметры:

• Входное сопротивление: R_вх = R_{вх ОУ} * K_ОУ
• Выходное сопротивление: R_вых = R_{вых ОУ} / K_ОУ
• Коэффициент передачи: K = 1 / (1 + 1/K_ОУ)
• Полоса пропускания: f_гр = f₁ * K_ОУ

Где K_ОУ — коэффициент усиления ОУ без обратной связи, f₁ — частота единичного усиления ОУ.

Выбор операционного усилителя для повторителя

При выборе ОУ для схемы повторителя напряжения следует учитывать следующие характеристики:

• Высокое входное сопротивление (>1 МОм)
• Низкое выходное сопротивление (<100 Ом)
• Широкая полоса пропускания (>1 МГц)
• Низкий входной ток (<100 нА)
• Низкое напряжение смещения нуля (<1 мВ)
• Достаточный выходной ток (>10 мА)

Хорошо подходят прецизионные ОУ с полевыми транзисторами на входе, например, AD8610, OPA134, LMC6482.

Особенности практической реализации

При разработке повторителя напряжения на ОУ необходимо учитывать следующие моменты:

• Использовать двухполярное питание ОУ
• Установить блокировочные конденсаторы по питанию
• Обеспечить защиту входа от перенапряжения
• Для повышения нагрузочной способности использовать ОУ с токовым выходом
• При работе на емкостную нагрузку ввести цепь коррекции

Соблюдение этих правил позволит получить надежно работающий повторитель напряжения с отличными характеристиками.

Повторитель напряжения на оу

Схема повторителя напряжения приведена на рисунке 3. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход, а инвертирующий соединен с выходом. Входное сопротивление повторителя высоко, а выходное мало см. Двухтактные усилители: схемы и принцип работы рансформаторных и бестрансформаторных усилителей. Дифференциальный усилительный каскад: схема, принцип работы, преимущества, недостатки, уравнение для передаточной характеристики. Дата публикования: ; Прочитано: Нарушение авторского права страницы Заказать написание работы.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Повторитель напряжения на основе ОУ
• Помогите сделать повторитель напряжения на ОУ
• Повторитель напряжения на основе ОУ
• Неинвертирующий повторитель напряжения
• Повторитель напряжения на ОУ
• Повторитель на операционном усилителе
• Повторитель напряжения на основе оу
• Easyelectronics. ru
• Повторитель напряжения на ОУ

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Истоковый повторитель

Повторитель напряжения на основе ОУ

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео.

Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Схемы на операционных усилителях с обратной связью. То есть как раз тот огромный коэффициент, который указывается в справочниках. Ответ достаточно простой. И в том и в другом случае результат будет одинаковый, усиление каскада будет определяться элементами ООС, но во втором случае ОУ с большим усилением схема работает более стабильно, более точно, быстродействие таких схем намного выше.

Неспроста ОУ делятся на ОУ общего применения и высокоточные, прецизионные. Это были операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в квадрат и еще множества других функций. Эти допотопные ОУ выполнялись на электронных лампах, позднее на дискретных транзисторах и прочих радиодеталях. Естественно, габариты даже транзисторных ОУ были достаточно велики, чтобы использовать их в любительских конструкциях. И только после того, как благодаря достижениям интегральной электроники, ОУ стали размером с обычный маломощный транзистор, то использование этих деталей в бытовой аппаратуре и любительских схемах стало оправданным.

Кстати, современные ОУ, даже достаточно высокого качества, по цене ненамного выше двух — трех транзисторов. Это утверждение касается ОУ общего применения.

Прецизионные усилители могут стоить несколько дороже. По поводу схем на ОУ сразу стоит сделать замечание, что все они рассчитаны на питание от двухполярного источника питания. И все-таки достаточно часто питание схем на ОУ производится от однополярного источника.

Правда, в этом случае не удается усилить постоянное напряжение. Но часто случается, что в этом просто нет необходимости. О схемах с однополярным питанием будет рассказано далее, а пока продолжим о схемах включения ОУ с двухполярным питанием.

Но это вовсе не значит, что это напряжение нельзя сделать несколько ниже выше не рекомендуется. Такая возможность указывается в технической документации DataSheet. Является самым простым по схемотехнике устройством на ОУ, его схема показана на рисунке 1. Нетрудно видеть, что для создания такой схемы не понадобилось ни одной детали, кроме собственно ОУ. Правда, на рисунке не показано подключение питания, но такое начертание схем встречается сплошь и рядом.

Единственное, что хотелось бы заметить, — между выводами питания ОУ например для ОУ КРУД это выводы 7 и 4 и общим проводом следует подключить блокировочные конденсаторы емкостью 0,01…0,5мкФ. Их назначение в том, чтобы сделать работу ОУ более стабильной, избавиться от самовозбуждения схемы по цепям питания.

Конденсаторы должны быть подключены по возможности ближе к выводам питания микросхемы. Иногда один конденсатор подключается из расчета на группу из нескольких микросхем.

Такие же конденсаторы можно увидеть и на платах с цифровыми микросхемами, назначение их то же самое. Коэффициент усиления повторителя равен единице, или, сказать по- другому, никакого усиления и нет. Тогда зачем нужна такая схема? Здесь вполне уместно вспомнить, что существует транзисторная схема — эмиттерный повторитель, основное назначение которого согласование каскадов с различными входными сопротивлениями.

Подобные каскады повторители называют еще буферными. Входное сопротивление повторителя на ОУ рассчитывается как произведение входного сопротивления ОУ на его же коэффициент усиления.

Например, для упомянутого УД входное сопротивление составляет приблизительно 0,5МОм, коэффициент усиления как минимум 30 , а может быть и более. Если эти числа перемножить, то входное сопротивление получается, 15ГОм, что сравнимо с сопротивлением не очень качественной изоляции, например бумаги. Такого высокого результата вряд ли удастся достигнуть с обычным эмиттерным повторителем. Чтобы описания не вызывали сомнения, ниже будут приведены рисунки, показывающие работу всех описываемых схем в программе — симуляторе Multisim.

Конечно все эти схемы можно собрать на макетных платах, но ничуть не худшие результаты можно получить и на экране монитора. Собственно, тут даже несколько лучше: совсем не надо лезть куда-то на полку, чтобы поменять резистор или микросхему. На рисунке 2 показана схема повторителя, выполненная в программе Multisim. Исследование схемы провести достаточно просто. На вход повторителя от функционального генератора подан синусоидальный сигнал частотой 1КГц и амплитудой 2В, как показано на рисунке 3.

Сигнал на входе и выходе повторителя наблюдается осциллографом: входной сигнал отображается лучом синего цвета, выходной луч — красный. А почему, спросит внимательный читатель, выходной красный сигнал в два раза больше входного синего? Все очень просто: при одинаковой чувствительности каналов осциллографа обе синусоиды с одной амплитудой и фазой сливаются в одну, прячутся друг за друга.

Для того чтобы разглядеть из сразу обе, пришлось снизить чувствительность одного из каналов, в данном случае входного. В результате синяя синусоида стала на экране ровно вдвое меньше, и перестала прятаться за красную. Хотя для достижения подобного результата можно просто сместить лучи органами управления осциллографа, оставив чувствительность каналов одинаковой. Обе синусоиды расположены симметрично относительно оси времени, что говорит о том, что постоянная составляющая сигнала равна нулю.

А что будет, если к входному сигналу добавить небольшую постоянную составляющую? Виртуальный генератор позволяет сдвинуть синусоиду по оси Y. Попробуем сдвинуть ее вверх на мВ. Заметно, что входная и выходная синусоиды поднялись вверх на полвольта, при этом ничуть не изменившись.

Это говорит о том, что повторитель в точности передал и постоянную составляющую сигнала. Но чаще всего от этой постоянной составляющей стараются избавиться, сделать ее равной нулю, что позволяет избежать применения таких элементов схемы, как межкаскадные разделительные конденсаторы. Какой же это тогда усилитель? Чтобы получился усилитель достаточно добавить всего несколько деталей, как это сделать будет рассказано дальше.

Для того, чтобы из ОУ получился инвертирующий усилитель достаточно добавить всего два резистора. Что из этого получилось, показано на рисунке 7.

Недаром усилитель и называется инвертирующим. Здесь было бы уместно вспомнить транзистор включенный по схеме с ОЭ. Там тоже выходной сигнал на коллекторе транзистора находится в противофазе с входным сигналом, поданным на базу.

Вот тут как раз и стоит вспомнить, сколько усилий придется приложить, чтобы на коллекторе транзистора получить чистую неискаженную синусоиду. Требуется соответствующим образом подобрать смещение на базе транзистора. Это, как правило, достаточно сложно, зависит от множества параметров.

При использовании ОУ достаточно просто подсчитать сопротивление резисторов согласно формулы и получить заданный коэффициент усиления. Получается, что настройка схемы на ОУ намного проще, чем настройка нескольких транзисторных каскадов. Поэтому не надо бояться, что схема не заработает, не получится. Здесь все так же, как и на предыдущих рисунках: синим цветом показан входной сигнал, красным он же после усилителя.

Чтобы сделать коэффициент усиления, например, 10 достаточно увеличить сопротивление резистора R2 до КОм. На самом деле схема инвертирующего усилителя может быть несколько сложнее, такой вариант показан на рисунке 9.

Здесь появилась новая деталь — резистор R3 скорее она просто пропала из предыдущей схемы. Его назначение в компенсации входных токов реального ОУ с тем, чтобы уменьшить температурную нестабильность постоянной составляющей на выходе. Современные высокостабильные ОУ допускают подключение неинвертирующего входа на общий провод напрямую без резистора R3. Хотя присутствие этого элемента ничего плохого и не сделает, но при теперешних масштабах производства, когда на всем экономят, этот резистор предпочитают не ставить.

Формулы для расчета инвертирующего усилителя показаны на рисунке Почему на рисунке? Да просто для наглядности, в строке текста они смотрелись бы не так привычно и понятно, были бы не столь заметны. Про коэффициент усиления было сказано ранее. Здесь заслуживают внимания разве что входные и выходные сопротивления неинвертирующего усилителя.

С входным сопротивлением все, вроде, ясно: он получается равным сопротивлению резистора R1, а вот выходное сопротивление придется посчитать, по формуле, показанной на рисунке Вот, пожалуйста, посчитайте чему будет равно выходное сопротивление. В данном случае это хорошо: ведь чем ниже выходное сопротивление каскада это касается не только каскадов на ОУ , тем более мощную нагрузку, в разумных, конечно, пределах, к этому каскаду можно подключить.

Следует сделать отдельное замечание по поводу единицы в знаменателе формулы для расчета выходного сопротивления. Именно такое отношение получится в случае коэффициента усиления инвертирующего усилителя Получается, что если эту единицу отбросить, то особо ничего не изменится. На самом деле это не совсем так. Предположим, что сопротивление резистора R2 равно нулю, как в случае с повторителем. Тогда без единицы весь знаменатель превращается в нуль, и таким же нулевым будет выходное сопротивление.

А если потом этот нуль окажется где-то в знаменателе формулы, как на него прикажете делить? Поэтому от этой вроде бы незначительной единицы избавиться просто невозможно. В одной статье, даже достаточно большой, всего не написать. Поэтому придется все, что не уместилось рассказать в следующей статье. Там будет описание неинвертирующего усилителя, дифференциального усилителя, усилителя с однополярным питанием.

Также будет приведено описание простых схем для проверки ОУ.

Помогите сделать повторитель напряжения на ОУ

Помогите сделать повторитель напряжения на ОУ всё блин я протупил просто когда мерял входное напряжение, брал его с минуса, а не со средней Эмиттерный повторитель Здравствуйте, помогите пожалуйста разобраться с работой эмитерного повторителя. Запилил схему в Ph Метр Из Вольтметра. Не пашет ОУ как повторитель Вообщем хочу из вольтметра сделать ph метр. Дело в том, что у вольтметра вх сопротивление низкое Эмиттерный повторитель Здравствуйте.

На данном этапе не будем рассматривать и такие параметры ОУ, как « напряжение смещения», «напряжение сдвига», «температурный.

Повторитель напряжения на основе ОУ

Операционный усилитель как линейное устройство, обеспечивающее минимальные искажения входного сигнала, редко используется без обратной связи. Это объясняется тем, что из-за очень большого значения коэффициента усиления ОУ без обратной связи даже при сравнительно малом входном дифференциальном напряжении выходное напряжение может достигать предельных значений , ограничиваясь и искажаясь. При использовании же отрицательной обратной связи можно подобрать необходимое значение коэффициента усиления ОУ и обеспечить его стабильность в заданных пределах. Инвертирующий усилитель, схема которого приведена на рис. Выходной сигнал усилителя имеет фазу, противоположную фазе входного. Усилитель охвачен параллельной отрицательной связью по напряжению см. Тогда , т. Так как точка 2 неинвертирующий вход ОУ заземлена, то потенциал в точке 1 на входе ОУ остается равным нулю при всех допустимых изменениях. Следовательно, токи во входной цепи и цепи обратной связи Так как т.

Неинвертирующий повторитель напряжения

На инвертирующем входе ОУ происходит суммирование токов. Знак «-» говорит о том, что происходит инверсия знака входного напряжения. На рисунке б в цепь неинвертирующего входа включен резистор R3 для уменьшения влияния входных токов ОУ, сопротивление которого определяется из выражения:. Входное сопротивление усилителя на низких частотах приблизительно равно R вх.

Вы используете устаревший браузер Internet Explorer.

Повторитель напряжения на ОУ

Электрические схемы на рисунках изображены упрощённо, поэтому следует иметь в виду, что подробности, несущественные для объяснения работы схемы соединения ОУ с цепями питания, блокировочные конденсаторы в цепях питания, цепи частотной коррекции ОУ, конкретный тип применённого ОУ, нумерация выводов ОУ , опущены. Резисторы , используемые в данных схемах, имеют типичное сопротивление порядка единиц-десятков кило ом. В современной электронике в качестве ОУ в подавляющем большинстве случаев применяются ОУ в монолитном интегральном исполнении , но все рассуждения применимы и для других любых иначе сконструированных ОУ, например, в виде гибридных микросхем. Примечание: математические выражения, приведенные в статье, если не оговорено особо, получены в предположении о том, что операционные усилители являются идеальными. Ограничения, вызванные неидеальностью ОУ, явно указаны.

Повторитель на операционном усилителе

Повторитель напряжения — это вид усилителя, имеющего высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице. Повторители напряжения широко используются в электронных контрольно-измерительных устройствах. Соединение цепи обратной связи и инвертирующего входа в операционном усилителе называют суммирующим соединением, поскольку напряжение на этом соединении представляет собой сумму входного напряжения и напряжения обратной связи. Операционные усилители устроены так, чтобы напряжение на суммирующем соединении было равно напряжению на неинвертирующем входе. О суммирующем соединении говорят, что оно стремится иметь напряжение, равное напряжению на неинвертирующем входе.

Схема повторителя (рис. ) легко может быть получена из схемы неинвертирующего усилителя при R1→, R2→ 0. Здесь предполагается, что.

Повторитель напряжения на основе оу

Забыли пароль? Автор: Ivanbuinovich , 7 Мая в Измерения. Хотели минимизировать эти погрешности за счет повышения значения Косс схемотехническим или каким-то способами.

Easyelectronics.ru

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Лекция 54. Усилитель неинвертирующего типа на операционном усилителе.

Приветствую вас дорогие друзья! А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают. Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:.

Схема повторителя рис. Здесь предполагается, что операционный усилитель работает в режиме усиления u диф 0.

Повторитель напряжения на ОУ

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о питании операционного усилителя от однополярного источника питания. В данной статье я расскажу о применении ОУ в линейных схемах. Первая схема, о которой я расскажу, является схема усилителя с единичным усилением единичный усилитель или так называемый повторитель напряжения. Схема данного усилителя показана ниже. Данная схема представляет собой модификацию неинвертирующего усилителя , отличие состоит в том, что отсутствуют резистор обратной связи и резистор на инвертирующем входе. Как известно, входное сопротивление ОУ с обратной связью определяется следующим выражением.

Ваши права в разделе. Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах Вы не можете добавлять файлы Вы можете скачивать файлы. Включение двигателей от винчестера и авиадвигателей.

Повторитель на операционном усилителе

ОУ широко применяется в аналоговых устройствах электроники. На инвертирующем входе ОУ происходит суммирование токов. Знак «-» говорит о том, что происходит инверсия знака входного напряжения. На рисунке б в цепь неинвертирующего входа включен резистор R3 для уменьшения влияния входных токов ОУ, сопротивление которого определяется из выражения:.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• 6.3. Неинвертирующий усилитель на оу
• Повторитель на операционном усилителе
• Неинвертирующий повторитель напряжения
• Primary Menu
• Операционный усилитель для чайников
• Повторитель напряжения
• Применение операционных усилителей

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок №24. Операционный усилитель.

6.3. Неинвертирующий усилитель на оу

Slideshare uses cookies to improve functionality and performance, and to provide you with relevant advertising. If you continue browsing the site, you agree to the use of cookies on this website. See our User Agreement and Privacy Policy. See our Privacy Policy and User Agreement for details. Published on May 27, Операционный усилитель Условное обозначение операционного усилителя Интегральная микросхема ОУ типа Корпус, нумерация выводов. Эквивалентная схема замещения операционных усилителей.

Допущения, принятые при рассмотрении работы идеального ОУ. Обратная связь. Операционный усилитель с глубокой отрицательной обратной связью. Неинвертирующий усилитель. Неинвертирующий повторитель. Инвертирующее включение ОУ. Расчёт делителя напряжения. Инвертирующий усилитель с повышенным входным сопротивлением.

ОУ с изменяемым коэффициентом усиления. Инвертирующий сумматор. Суммирующая схема с масштабными коэффициентами. Схема сложения-вычитания. Неинвертирующий сумматор. Простейший интегратор на ОУ. Дифференциатор на ОУ. Преобразователь напряжение-ток. Генератор на ОУ. Структурная схема LC-автогенератора.

RC-генератор синусоидальных колебаний. Генератор меандра. Генератор треугольных импульсов. Генератор пилообразного напряжения. Бистабильный мультивибратор. Триггер Шмидта. Фильтр высоких частот с неинвертирующим включением ОУ. SlideShare Explore Search You. Submit Search. Successfully reported this slideshow. We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime. Upcoming SlideShare.

Like this presentation? Why not share! Embed Size px. Start on. Show related SlideShares at end. WordPress Shortcode. Full Name Comment goes here. Are you sure you want to Yes No.

Александр Иванишин , MAN. No Downloads. Views Total views. Actions Shares. Embeds 0 No embeds. No notes for slide. Операционный усилительОперационный усилитель ОУ -это модульный многоканальныйусилитель с дифференциальнымвходом, по своим характеристикамприближающийся к идеальномуусилителю. Само название «операционный усилитель» связано с математическимиоперациями, которые в начале развития вычислительных устройствосуществлялись с помощью операционных усилителей ОУ.

Функции современных интегральных ОУ стали более универсальными,а сами ОУ, являясь источниками напряжения, управляемыминапряжением, находят широкое применение в устройствах современнойэлектроники. Условное обозначениеоперационного усилителя ОУ 4. Схема ОУ типа Точка на крышке корпуса и выемка на его торце служат дляобозначения точки отсчета при нумерации выводов. В большинстве корпусов электронных схем нумерация выводовосуществляется в направлении против часовой стрелки со стороныкрышки корпуса.

Выводы «установка нуля» или «баланс», «регулировка» служат дляустранения небольшой асимметрии, возможной в операционномусилителе.

Схема ОУ типа — это кристалл кремния, содержащий 24транзистора 21 биполярный транзистор, 3 полевых транзистора,11 резисторов и 1 конденсатор. На рисункепоказаносоединение свыводамикорпуса. Эквивалентная схема замещенияоперационных усилителей 6. Допущения, принятые прирассмотрении работы идеального ОУ 7. Неинвертирующий усилительПри неинвертирующем включении входной сигнал подаетсяна неинвертирующий вход ОУ, а на инвертирующий вход черезделитель на резисторах R1 и R2 поступает сигнал с выходаусилителяФаза сигнала на входе и навыходе совпадает выходной сигналсинфазен входному Коэффициент усиленияопределяется так: 9.

Повторитель, на основе операционного усилителя. Инвертирующее включение ОУВходной сигнал подаетсяна инвертирующий вход, анеинвертирующий входподключается к общемупроводу. Коэффициент усиленияопределяется соотношениемрезисторов R1 и R2 исчитается по формуле:В инвертирующем усилителе фаза выходного сигнала»зеркальна» фазе входного. Входное сопротивление определяется резистором R1. Если его сопротивление, например кОм, то и входноесопротивление усилителя будет кОм.

Уравнение записанное сиспользованием закона ОмаОкончательно получаем Инвертирующий усилитель с повышеннымвходным сопротивлениемПодключим инвертирующий усилительчерез делитель сопротивленияВ данном случае, коэффициентусиления считается по следующейформуле:Это означает, что при том же коэффициентеусиления сопротивление R1 можно увеличить, азначит и повысить входное сопротивление усилителя.

Введем некую переменную А, которая может приниматьзначения от 1 до 0 в зависимости от поворота движкапеременного резистора R3. Входное сопротивление практически не зависит отположения движка переменного резистора. Тогда коэффициентусиления можноопределить так: Инвертирующий сумматорИнвертирующий сумматор формирует алгебраическую суммудвух напряжений и меняет знак на обратный. ЕслиТогдаДля n- входовгде n- число входов. Суммирующая схема смасштабными коэффициентамиЕсли отдельнымвходным напряжениямнадо принятьразличные веса, тоиспользуется схемасуммирования смасштабнымикоэффициентами.

Схема сложения-вычитанияУсловия необходимые для правильнойработы этой схемы:сумма коэффициентов усиленияинвертирующей части схемы была равнасумме коэффициентов усиления еенеинвертирующей части. То естьинвертирующий и неинвертирующийкоэффициенты усиления должны бытьсбалансированы. Символически это можно обозначить следующим образом:где m — число инвертирующих входов, n — число неинвертирующих входов.

Неинвертирующий сумматорВ данной схемееслиМожно также осуществить суммирование с весами, при этомобязательно соблюдение условиягде n — число входов Простейший интегратор на ОУТок через конденсатор равенЁмкость конденсатора равнагде Q — электрический заряд,U — напряжение, т. Дифференциатор на ОУДифференциатор создаетна выходе напряжение,пропорциональное скоростиизменения входногоПоменяв местами резистор и конденсатор в схемеинтегратора, получим дифференциатор КомпараторКомпараторы представляют собой ОУ специальногоназначения предназначенные для сравнения по уровню двухвходных напряжений и скачкообразного изменения входногонапряжения в случае, когда одно из сравниваемых напряженийбольше другого.

Один вход компаратора соединен систочником опорного напряжения, а на другойподается входной сигнал. Компаратор ФазовращательСхема, обеспечивающая идеальный фазовый сдвиг,должна передавать сигнал, не изменяя его амплитуду, носдвигая его фазу на определенный заданный угол.

На вход фазовращателя подан синусоидальный сигнал Uвхчастотой 1 кГц и амплитудой 1 В. Сигнал на выходе Uвых имеет ту же частоту и амплитуду, что ивходной сигнал, но запаздывает относительно Uвх на 90o. Преобразователь ток-напряжениеВходное напряжение в этой схемеВыходное напряжение- пропорционально входному токуВходное сопротивлениесхему , в которой проводится измерение тока.

Преобразователь напряжение-токТок I, протекающий черезрезистор нагрузки, не зависитот сопротивления нагрузки Rн,но прямо пропорционаленвходному напряжению. Таким образом схема является источником тока гальваностатом , управляемым напряжением. Недостатком данной схемы является невозможностьзаземлить Rн. ГенераторГенератор — устройство, преобразующее энергию источникапостоянного напряжения в энергию колебаний. Генератор, илиавтогенератор — это самовозбуждающаяся система, в которойэнергия источника питания постоянного тока преобразуется вэнергию переменного сигнала нужной формы и частоты.

Структурная схема LC-автогенератораЧасть напряжения с контура через цепь обратной связи 3 поступаетна вход усилительного элемента. Устройство получает питание отисточника напряжения 4. Напряжение свободных колебаний, поступающих через элемент 3 навход элемента 1, усиливается им и вновь подается на колебательнуюсистему.

Повторитель на операционном усилителе

Повторитель напряжения — это вид усилителя, имеющего высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице. Повторители напряжения широко используются в электронных контрольно-измерительных устройствах. Соединение цепи обратной связи и инвертирующего входа в операционном усилителе называют суммирующим соединением, поскольку напряжение на этом соединении представляет собой сумму входного напряжения и напряжения обратной связи. Операционные усилители устроены так, чтобы напряжение на суммирующем соединении было равно напряжению на неинвертирующем входе.

Принцип действия повторителя напряжения. Соединение цепи обратной связи и инвертирующего входа в операционном усилителе называют.

Неинвертирующий повторитель напряжения

Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис. Определим ее коэффициент передачи. Переписав в более удобном виде, имеем:. Итак, схема рис. Это означает, что при прохождении через схему сигнал не меняется ни по амплитуде, ни по фазе. Таким образом схема рис. Рассмотренные в 6.

Primary Menu

Что то часто мне стали задавать вопросы по аналоговой электронике. Никак сессия студентов за яцы взяла? В частности по работе операционных усилителей. Что это, с чем это едят и как это обсчитывать. Что это Операционный усилитель это усилок с двумя входами, невье… гхм… большим коэфициентом усиления сигнала и одним выходом.

Повторитель напряжения — это самый простой из возможных усилителей, обладающих отрицательной обратной связью ООС. Выходное напряжение точно равно входному напряжению.

Операционный усилитель для чайников

Иногда при построении различных электронных схем требуются усилительные каскады, имеющие по модулю единичные коэффициенты усиления повторители. Наиболее часто за основу их проектирования используют схему неинвертирующего усилителя без входного резистивного делителя, что обеспечивает очень большое входное сопротивление. Наиболее просто реализуется схема повторителя в третьем случае рисунок 5,в , однако и другие варианты неинвертирующих повторителей также находят применение на практике. Обратите внимание на то, что величина оставшегося резистора в схемах на рисунках 5,а, б совершенно не влияет на единичный коэффициент усиления повторителя. Как работает операционный усилитель ОУ, или по-английски OpAmp мы сейчас и займемся.

Повторитель напряжения

Slideshare uses cookies to improve functionality and performance, and to provide you with relevant advertising. If you continue browsing the site, you agree to the use of cookies on this website. See our User Agreement and Privacy Policy. See our Privacy Policy and User Agreement for details. Published on May 27, Операционный усилитель Условное обозначение операционного усилителя Интегральная микросхема ОУ типа Корпус, нумерация выводов. Эквивалентная схема замещения операционных усилителей.

Предыдущий пост: Схемы питания операционных усилителей Для примера рассчитаем повторитель напряжения на ОУ, который.

Применение операционных усилителей

Сейчас этот форум просматривают: Google [Bot]. Предыдущее посещение: менее минуты назад Текущее время: 09 окт , Крупнейший производитель печатных плат и прототипов. Более клиентов и свыше заказов в день!

В настоящее время операционные усилители выпускают в виде интегральных микросхем. Они содержат большое число элементов транзисторов и диодов , но по размерам и стоимости близки к отдельным транзисторам. Благодаря совершенным характеристикам операционных усилителей на их основе возможна реализация большого числа как линейных, так и нелинейных устройств. Типовая структура ОУ показана на рис. За счет использования расщепленных источников выходное напряжение может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель.

Теория и практика.

Приветствую вас дорогие друзья! А сегодня речь пойдет о таком электронном устройстве как операционный усилитель. Например на этой картинке изображены два операционных усилителя российского производства. Также имеются выводы для подключения питания но на условных графических обозначениях их обычно не указывают. Для такого усилителя есть два правила которые помогут понять принцип работы:. Входы операционника обладают высоким входным сопротивлением или иначе говорят высоким импедансом. Усилитель просто оценивает величину напряжений на входах и в зависимости от этого выдает сигнал на выходе усиливая его.

Электрические схемы на рисунках изображены упрощённо, поэтому следует иметь в виду, что подробности, несущественные для объяснения работы схемы соединения ОУ с цепями питания, блокировочные конденсаторы в цепях питания, цепи частотной коррекции ОУ, конкретный тип применённого ОУ, нумерация выводов ОУ , опущены. Резисторы , используемые в данных схемах, имеют типичное сопротивление порядка единиц-десятков кило ом. В современной электронике в качестве ОУ в подавляющем большинстве случаев применяются ОУ в монолитном интегральном исполнении , но все рассуждения применимы и для других любых иначе сконструированных ОУ, например, в виде гибридных микросхем.

Операционный усилитель (операционный усилитель) в цифровой электронике

Усилитель — это устройство, которое увеличивает силу входного сигнала. Это могут быть усилители напряжения, у которых на входе есть некоторое напряжение, а на выходе тоже напряжение, но усиленное. Усилитель тока, на входе которого есть некоторый ток, а на выходе тоже ток, но с усилением.

Блок-схема операционного усилителя

• Транскондуктивный усилитель , на входе которого есть некоторое напряжение, а на выходе ток.
• Трансимпедансный усилитель , на вход которого подается некоторый ток, а на выход подается напряжение.

Операционный усилитель (или операционный усилитель) представляет собой трехконтактное электронное устройство с усилением напряжения, имеющее две входные клеммы, а именно инвертирующую клемму (отмеченную знаком «-» на диаграммах) и неинвертирующую клемму (отмеченную знаком «-»). знак «+» на схемах), а третья клемма является выходной клеммой. Коэффициент усиления («A») операционного усилителя = выходной сигнал/входной сигнал

Различные конфигурации операционного усилителя:

Конфигурация без обратной связи —  
В этой конфигурации операционный усилитель не имеет обратной связи. В идеале он имеет бесконечный коэффициент усиления без обратной связи (практически в сотни тысяч раз больше, чем разность потенциалов между его входными клеммами).

#Inverting Режим:

Инвертирование Open Loop Op-AMP

#Режим не инвертирования:

Не инвертинг Open Loop Op-AMP

Конфигурация закрытого петля-  
В этой конфигурации операционного усилителя используется отрицательная обратная связь, т. е. часть выходного напряжения подается обратно на инвертирующий вход . Эта обратная связь значительно снижает коэффициент усиления операционного усилителя по сравнению с коэффициентом усиления без обратной связи. Таким образом, это своего рода управляемый способ усиления.

#Режим инвертирования:

Инвертирующий операционный усилитель с замкнутым контуром

#Неинвертирующий режим:

Неинвертирующий операционный усилитель с замкнутым контуром

Характеристика идеального операционного усилителя –  

• Коэффициент усиления без обратной связи: В идеале операционный усилитель должен иметь бесконечный коэффициент усиления без обратной связи (практически он в сотни тысяч раз больше, чем разность потенциалов между его входными клеммами) .
• Входной импеданс или сопротивление: В идеале операционный усилитель должен иметь бесконечное входное сопротивление (на практике оно должно быть очень высоким).
• Выходное сопротивление или сопротивление: В идеале операционный усилитель должен иметь нулевое выходное сопротивление (на практике оно должно быть очень низким).
• Полоса пропускания: В идеале операционный усилитель должен иметь бесконечную полосу пропускания (на практике она ограничена).
• CMRR: В идеале операционный усилитель должен иметь бесконечный CMRR, коэффициент подавления синфазного сигнала, чтобы напряжение общего шума на выходе становилось равным нулю.
• Скорость нарастания: В идеале операционный усилитель должен иметь бесконечную скорость нарастания SR, чтобы любое изменение входного напряжения одновременно изменяло выходное напряжение.

Основные термины операционных усилителей –  

1. Скорость нарастания: Скорость нарастания (SR) операционного усилителя определяется как максимальная скорость изменения выходного напряжения в единицу времени. Он представлен в виде вольт на микросекунду ( В / мкс ).

 SR = (  d  V  o  /  d  t) |  max  

2. Выходное напряжение смещения: В идеале выход операционного усилителя должен быть равен нулю, когда разность напряжений между входами равна нулю, но практически выход не равен нулю, имеется напряжение очень небольшой величины . Это нежелательное напряжение на выходе, когда вход не подан, называется выходным напряжением смещения.

3. Входной ток смещения: Величина разницы тока, поступающего на инвертирующие и неинвертирующие клеммы, когда на операционный усилитель не подается входное напряжение.

 Io = |Ib1-Ib2|;
Io-входной ток смещения, Ib1 &
Ib2-ток на входных клеммах 

4. Входной ток смещения:  

 I(bias) = ​​(Ib1+Ib2)/2 

5. Входное напряжение смещения: неинвертирующий вывод операционного усилителя, чтобы свести на нет эффект выходного напряжения смещения.

 В (входное напряжение смещения) = 0 (идеально)
V(входное напряжение смещения) = -V(выходное напряжение смещения) (практически) 

клеммы) к синфазному усилению (когда сигнал подается только на одну из входных клемм).

 CMRR = |(усиление в дифференциальном режиме) / (усиление в синфазном режиме)| 

7. Коэффициент подавления напряжения питания (SVRR): Определяется как отношение изменения входного напряжения смещения, В _io операционного усилителя, к изменению напряжения питания, В .

 SVRR = Δ  V  io /     Δ  V   

Application – It can be used as: 

• Inverting and Non-inverting adder,
• Subtractor,
• Integrator,
• Differentiator,
• Логарифмический усилитель и т. д.

Простые операционные усилители для ADALM2000 [Analog Devices Wiki]

Эта версия (03 ноября 2021 г. , 20:25) была одобрена Дугом Мерсером. Доступна ранее утвержденная версия (23 августа 2019 г., 11:37).

Содержание

• Деятельность: Простые операционные усилители, для ADALM2000

  • Цель:

  • Материалы:

  • 1.1 Основные сведения об операционных усилителях

    • Первый шаг: подключение питания постоянного тока:

    • Усилитель с единичным коэффициентом усиления (повторитель напряжения):

    • Ограничения скорости нарастания:

    • Пример буферизации:

  • 1.2 Простые конфигурации усилителя

    • Инвертирующий усилитель:

    • Выходная насыщенность:

    • Цепь суммирующего усилителя:

    • Неинвертирующий усилитель:

Цель:

В этой лабораторной работе мы познакомимся с операционным усилителем (операционным усилителем), активной схемой, разработанной с определенными характеристиками (высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и большой дифференциальный коэффициент усиления), которые делают его почти идеальным усилителем и полезным строительным блоком в много применений цепей. В этой лабораторной работе вы узнаете о смещении постоянного тока для активных схем и изучите несколько основных функциональных схем операционных усилителей. Мы также будем использовать эту лабораторную работу для дальнейшего развития навыков работы с лабораторным оборудованием.

Материалы:

Модуль активного обучения ADALM2000
Макетная плата без пайки и комплект перемычек
1 Резистор 1 кОм
2 Резистор 4,7 кОм
2 Резистор 10 кОм
2 OP97 (усилитель с низкой скоростью нарастания, поставляемый с последними версиями набора аналоговых деталей ADALP2000)
2 Конденсаторы 0,1 мкФ (радиальные выводы)

1.1 Основы работы с операционными усилителями

Первый шаг: подключение питания постоянного тока:

На операционные усилители всегда должно подаваться питание постоянного тока, поэтому лучше сначала настроить эти соединения, прежде чем добавлять какие-либо другие компоненты схемы. На рис. 1.1 показана одна из возможных схем питания на макетной плате без пайки. Мы используем две длинные шины для положительного и отрицательного напряжения питания, а две другие — для любых необходимых соединений с землей. Включены так называемые конденсаторы «развязки питания», подключенные между шиной питания и шиной заземления. Пока рано подробно обсуждать назначение этих конденсаторов, но они используются для снижения помех в питающих линиях и исключения паразитных колебаний. При проектировании аналоговых схем считается хорошей практикой всегда включать небольшие шунтирующие конденсаторы рядом с выводами питания каждого операционного усилителя в вашей схеме.

Рисунок 1.1 Силовые соединения

Вставьте операционный усилитель в макетную плату и добавьте провода и питающие конденсаторы, как показано на рисунке 1.1. Во избежание проблем в дальнейшем вы можете прикрепить к макетной плате небольшую этикетку, чтобы указать, какие шины соответствуют Vp, Vn и земле. Цветовая маркировка проводов, красный для Vp, черный для Vn и зеленый для земли, также может помочь организовать соединения.

Затем подключите соединения питания и заземления от платы ADALM2000 к клеммам на макетной плате. Используйте перемычки для питания направляющих, как показано на рисунке. Помните, что клемма GND источника питания будет опорной точкой нашей цепи. После того, как у вас есть подключения к источнику питания, вы можете использовать цифровой мультиметр, чтобы проверить контакты микросхемы напрямую, чтобы убедиться, что контакт 7 находится на +5 В, а контакт 4 на -5 В. Помните, что перед измерением напряжения с помощью вольтметра у вас должно быть запущено программное обеспечение Scopy и включены источники питания.

Усилитель с единичным усилением (повторитель напряжения):

Фон:

Наша первая схема операционного усилителя проста и показана на рис. 1.2. Это называется буфером с единичным усилением или иногда просто повторителем напряжения, определяемым передаточной функцией Vout = Vin. На первый взгляд это может показаться бесполезным устройством, но, как мы покажем позже, оно находит применение благодаря своему высокому входному сопротивлению и низкому выходному сопротивлению.

Рис. 1.2 Подчиненный элемент Unity Gain

Настройка оборудования:

Используя макетную плату и блоки питания ADALM2000, соберите схему, показанную на рис. 1.3. Обратите внимание, что силовые подключения здесь явно не показаны; предполагается, что эти соединения должны быть выполнены в любой реальной схеме (как вы сделали в предыдущем шаге), поэтому с этого момента нет необходимости показывать их на схеме. Используйте перемычки для подключения входа и выхода к генератору сигналов и проводам осциллографа. Не забудьте заземлить отрицательные входные провода осциллографа C1- и C2- (соединения заземления на схеме не показаны).

Рисунок 1.3. Макетная схема повторителя Unity Gain

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить возбуждение синусоидальной волны с амплитудой 2 В от пика до пика 1 кГц для схемы. Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 2, а выходной сигнал отображался на канале 1. Экспортируйте график двух результирующих сигналов и включите его в свой лабораторный отчет, отметив параметры сигналов (пиковые значения и фундаментальные значения). период времени или частота). Ваши формы сигналов должны подтверждать описание этой схемы как схемы «единичного усиления» или «повторителя напряжения».

Пример графика представлен на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4. Волновые формы повторителя усиления Unity

Ограничения скорости нарастания:

Для идеального операционного усилителя выходной сигнал будет точно следовать за входным сигналом для любых входных сигналов, но в реальном усилителе выходной сигнал никогда не может мгновенно реагировать на входной сигнал. Эту неидеальность можно наблюдать, когда входной сигнал является быстро меняющейся функцией времени. Для сигналов с большой амплитудой это ограничение количественно определяется скоростью нарастания, которая представляет собой максимальную скорость изменения (наклон) выходного напряжения, которое может обеспечить операционный усилитель. Единицы скорости нарастания обычно выражаются как В / мкс .

Рисунок 1.5 Скорость нарастания

Настройте генератор сигналов на сигнал прямоугольной формы с амплитудой 2 В от пика до пика и увеличивайте частоту до тех пор, пока не увидите значительное отклонение от идеального поведения, то есть когда выходной сигнал начинает больше походить на трапецию, чем на прямоугольную волну. Вам, вероятно, потребуется настроить шкалу времени (сек/дел) на дисплее осциллографа, чтобы увидеть это. Экспортируйте график выходных сигналов в этой точке и измерьте его 10-90% времени нарастания (и 90-10% времени спада), как показано на рисунке 1.5. Также обратите внимание на размах напряжения выходного сигнала. Вычислите и запишите скорость нарастания как для возрастающих, так и для падающих выходных сигналов в соответствии с вашими измерениями. Прокомментируйте, почему реакция на нарастающие и спадающие фронты может быть разной.

Форма сигнала, иллюстрирующая скорость нарастания, представлена ​​на рис. 1.6.

Рисунок 1.6 Форма сигнала скорости нарастания

Пример буферизации:

Высокое входное сопротивление операционного усилителя (нулевой входной ток) означает очень небольшую нагрузку на генератор; т. е. , ток из цепи источника не поступает, и, следовательно, напряжение не падает ни на одном внутреннем (Thevenin) сопротивлении. Таким образом, в этой конфигурации операционный усилитель действует как «буфер», чтобы защитить источник от эффектов нагрузки от других частей системы. С точки зрения цепи нагрузки буфер превращает неидеальный источник напряжения в почти идеальный источник. На рис. 1.7 показана простая схема, которую мы можем использовать для демонстрации этого свойства буфера с единичным усилением. Здесь буфер вставлен между схемой делителя напряжения и некоторым «нагрузочным» сопротивлением:

Рисунок 1. 7 Пример буфера

Отключите источники питания и добавьте резисторы в вашу схему, как показано на рисунке 1.7 (обратите внимание, что мы не изменили здесь соединения операционных усилителей, мы просто перевернули символ операционного усилителя относительно рисунка 1.2).

Включите источники питания и установите генератор сигналов на синусоидальный сигнал 1  кГц 90 297 с амплитудой 4 В от пика до пика. Используйте осциллограф для одновременного наблюдения Vin и Vout и записывайте амплитуды в лабораторный отчет.

Снимите нагрузку 10 кОм и замените ее резистором 1 кОм. Запишите амплитуду.

Теперь переместите нагрузку 1 кОм между контактом 3 и землей так, чтобы она была параллельна резистору 4,7 кОм. Запишите, как изменилась выходная амплитуда. Можете ли вы предсказать новую выходную амплитуду?

1.2 Простые конфигурации усилителя

Инвертирующий усилитель:

Фон:

На рис. 1.8 показана обычная конфигурация инвертирующего усилителя с «нагрузочным» резистором 10 кОм на выходе.

Рисунок 1.8 Конфигурация инвертирующего усилителя

Настройка оборудования:

Теперь соберите схему инвертирующего усилителя, показанную на рисунке 1.9, используя R ₂ = 4,7 кОм. Не забудьте отключить питание перед сборкой новой схемы. Отрежьте и согните выводы резистора по мере необходимости, чтобы они не касались поверхности платы, и используйте самые короткие перемычки для каждого соединения (как на рис. 1.1). Помните, макетная плата дает вам большую гибкость. Например, выводы резистора R ₂ не обязательно перемыкать операционный усилитель с контакта 2 на контакт 6; вместо этого вы можете использовать промежуточный узел и перемычку, чтобы обойти устройство.

Включите источники питания и наблюдайте за потреблением тока, чтобы убедиться в отсутствии случайных коротких замыканий. Теперь настройте генератор формы сигнала, чтобы получить амплитуду 2 вольта от пика до пика, синусоиду 1 кГц на входе (Vin), и снова отобразите вход и выход на осциллографе. Измерьте и запишите коэффициент усиления по напряжению в этой цепи и сравните с теорией, которая обсуждалась в классе. Экспортируйте график входных/выходных сигналов для включения в лабораторный отчет.

Рисунок 1.9. Макет инвертирующего усилителя

Это хороший момент, чтобы прокомментировать отладку схемы. В какой-то момент в этом классе у вас, вероятно, возникнут проблемы с запуском вашей схемы. В этом нет ничего неожиданного, никто не идеален. Однако вы не должны просто предполагать, что неработающая схема должна означать неисправную деталь или лабораторный прибор. Это почти никогда не бывает правдой; 99% всех проблем со схемой связаны с простой проводкой или неисправностью блока питания. Даже опытные инженеры время от времени совершают ошибки, и, следовательно, изучение того, как «отлаживать» проблемы со схемой, является очень важной частью процесса обучения. В задачи ассистента НЕ входит диагностика ошибок за вас, и если вы обнаружите, что таким образом полагаетесь на других, то вы упускаете ключевой момент лабораторной работы и вряд ли добьетесь успеха в дальнейшей курсовой работе. Если из вашего операционного усилителя не идет дым, или на ваших резисторах нет коричневых следов ожога, или ваш конденсатор взорвался, ваши компоненты, вероятно, в порядке, на самом деле большинство из них могут выдержать небольшое неправильное обращение, прежде чем будет нанесен значительный ущерб. Лучшее, что можно сделать, когда что-то не работает, — это просто отключить источники питания и найти простое объяснение, прежде чем обвинять детали или оборудование. В этом отношении цифровой мультиметр может быть ценным инструментом отладки.

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить возбуждение синусоидальной волны с амплитудой 2 В от пика до пика 1 кГц для схемы. Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 2, а выходной сигнал отображался на канале 1.

Пример графика представлен на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10. Инвертирующий усилитель

Выходное насыщение:

Теперь меняем резистор обратной связи R ₂ на рис. 1.8 от 4,7 кОм до 10 кОм. Какой выигрыш сейчас? Медленно увеличьте амплитуду входного сигнала до 2 вольт и экспортируйте осциллограммы в свою лабораторную тетрадь. Выходное напряжение любого операционного усилителя в конечном итоге ограничено напряжением питания, и во многих случаях фактические пределы намного меньше, чем напряжения питания из-за внутренних падений напряжения в схеме. Количественно определите внутреннее падение напряжения в OP97 на основе ваших измерений выше.

Цепь суммирующего усилителя:

Фон:

Схема на рисунке 1.11 представляет собой базовый инвертирующий усилитель с дополнительным входом, называемым «суммирующим» усилителем. Используя суперпозицию, мы можем показать, что Vout представляет собой линейную сумму Vin1 и Vin2, каждая из которых имеет свой уникальный коэффициент усиления или коэффициент масштабирования.

Рисунок 1.11 Конфигурация суммирующего усилителя

Настройка оборудования:

При выключенном питании измените схему инвертирующего усилителя, как показано на рисунке 1. 12. Используйте второй выход генератора сигналов для Vin2. Уменьшите амплитуду до нуля, чтобы во время эксперимента можно было увеличить ее с нуля.

Теперь примените размах синусоиды с амплитудой 2 вольта для Vin1 и 1 вольт постоянного тока для Vin2. Наблюдайте и записывайте входные/выходные сигналы на экране осциллографа. Обратите особое внимание на уровень сигнала заземления выходного канала на экране осциллографа. При таком использовании такую ​​схему можно назвать переключателем уровня.

Отрегулируйте смещение постоянного тока генератора сигналов W1 (Vin1) до тех пор, пока Vout не будет иметь нулевую постоянную составляющую. Оцените требуемое смещение постоянного тока, наблюдая форму входного сигнала на осциллографе (примечание: это не Vin2, обязательно поймите, почему).

Сбросьте смещение генератора сигналов W1 на ноль. С каналом 2 осциллографа (канал, подключенный к выходу операционного усилителя), установленным на 2 В/дел, медленно увеличивайте напряжение смещения генератора сигналов W2, Vin2. Что происходит с Воутом? Запишите напряжение постоянного тока на выходе.

Верните напряжение смещения генератора сигналов W2 примерно на +1 В. Установите осциллограф на 1 В/дел и отрегулируйте смещение осциллографа, чтобы вы могли видеть полную форму волны Vout. Верните Vin2 обратно к значению, до которого вы увеличили его на предыдущем шаге. Как выглядит осциллограмма для Vout? Усилитель вроде усиливает?

Рисунок 1.12. Макетная схема суммирующего усилителя

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить возбуждение синусоидальной волны с амплитудой 2 В от пика до пика 1 кГц для схемы. Второй генератор сигналов используется для генерации постоянного напряжения 1 В. Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 2, а выходной сигнал отображался на канале 1.

Пример графика представлен на рисунке 1.13.

Рисунок 1. 13. Суммирование сигналов усилителя

Неинвертирующий усилитель:

Фон:

Конфигурация неинвертирующего усилителя показана на рисунке 1.14. Как и буфер с единичным усилением, эта схема имеет (обычно) желаемое свойство высокого входного сопротивления, поэтому она полезна для буферизации неидеальных источников:

Рисунок 1.14 Неинвертирующий усилитель с усилением

Настройка оборудования:

Соберите схему неинвертирующего усилителя, показанную на рисунке 1.15. Не забудьте отключить источники питания перед сборкой новой схемы. Начните с R ₂ = 1 кОм.

Подайте на вход размах амплитуды 2 В, синусоиду 1  кГц 90 297 и отобразите на осциллографе как входной, так и выходной сигнал. Измерьте усиление по напряжению в этой цепи и сравните с теорией, обсуждаемой в классе. Экспортируйте график осциллограмм и включите его в свой лабораторный отчет.

Увеличьте резистор обратной связи (R ₂ ) с 1 кОм примерно до 5 кОм. Какой выигрыш сейчас?

Увеличивайте сопротивление обратной связи до тех пор, пока не начнется ограничение, то есть до тех пор, пока пики выходного сигнала не начнут сглаживаться из-за насыщения выходного сигнала. Запишите значение сопротивления, где это происходит. Теперь увеличьте сопротивление обратной связи до 100 кОм. Опишите и нарисуйте формы сигналов в тетради. Какова теоретическая выгода на данный момент? Насколько маленьким должен быть входной сигнал, чтобы уровень выходного сигнала оставался ниже 5 В при таком усилении? Попробуйте настроить генератор сигналов на это значение. Опишите достигнутый результат.

Последний шаг подчеркивает важное соображение для усилителей с высоким коэффициентом усиления. Высокое усиление обязательно подразумевает большой выходной сигнал при малом входном уровне. Иногда это может привести к непреднамеренному насыщению из-за усиления некоторого низкоуровневого шума или помех, например, усиления паразитных сигналов 60 Гц от линий электропередач, которые иногда могут приниматься. Усилители будут усиливать любые сигналы на входных клеммах… хотите вы этого или нет!

Рисунок 1.15. Макетная схема неинвертирующего усилителя

Процедура:

Используйте первый генератор сигналов в качестве источника Vin, чтобы обеспечить возбуждение синусоидальной волны с амплитудой 2 В от пика до пика 1 кГц для схемы. Настройте осциллограф так, чтобы входной сигнал отображался на канале 2, а выходной сигнал отображался на канале 1.

Пример графика представлен на рисунке 1.16.

Рисунок 1.16. Сигналы неинвертирующего усилителя

Поздравляем! Вы завершили лабораторную работу 1

Как отмечалось в предыдущей лабораторной работе: сохраните все оставшиеся электрические компоненты!

Особые темы для обсуждения лабораторного отчета

Некоторые конкретные идеи для отчета могут быть следующими:

■ Скорость нарастания: обсудите, как вы измерили и вычислили скорость нарастания в конфигурации буфера с единичным усилением, и сравните ее со значением, указанным в таблице данных OP97.

■ Буферизация: объясните, почему буферный усилитель на рис. 1.7 позволил схеме делителя напряжения работать идеально при различных сопротивлениях нагрузки.

■ Насыщение выхода: объясните свои наблюдения за насыщением выходного напряжения в конфигурации инвертирующего усилителя и свою оценку внутренних падений напряжения. Насколько близко выход подходит к шинам питания в этом эксперименте, а также позже, когда он используется в качестве компаратора с разными напряжениями питания? Можете ли вы догадаться, каким будет размах выходного напряжения для операционного усилителя, который рекламируется как устройство «rail-to-rail»?

■ Суммирующая схема: используя суперпозицию, выведите ожидаемую передаточную характеристику для схемы на рисунке 1.11; то есть найти выходное напряжение через Vin1 и Vin2. Сравните прогнозы идеальных отношений с вашими данными.

■ Компаратор: обсудите ваши измерения и то, что произойдет, если полярность Vref поменяется на противоположную.