Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження базових схем ввімкнення операційних підсилювачів.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра радіоелектронних пристроїв та систем (РЕПС)
Інформація про роботу
Рік:
1994
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Аналогові електронні пристрої
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ,РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ
КАФЕДРА РЕПС
Дослідження базових схем ввімкнення операційних підсилювачів
Методичні вказівки до лабораторної роботи
з дисципліни “Аналогові електроні пристрої”
для студентів спеціальності 23.01 “Радіотехніка”
Всі цитати, цифровий і фактичний
матеріал, бібліографічні відомості
перевірені, написання одиниць
відповідає стандартам.
Затверджено на
засіданні кафедри
радіоелектронних пристроїв
Протокол ____від_______________
Львів “ЛП” – 1994
Дослідження базових схем ввімкнення операційних підсилювачів: Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни “Аналогові електроні пристрої” для студентів спеціальності 23.01 “Радіотехніка”/ укладачі І. І. Блажкевич, Л. А. Сніцарук. – Львів.: ЛП 1994 - . – На укр. мові.
Укладачі: І. І. Блажкевич к. т. н. доц.,
Л. А. Сніцарук к. т. н. , с. н. с.
Відповідальний за випуск З. Д. Грицьків д. т. н. , с. н. с.
Рецезенти: В. Д. Голинський, к. т. н. , доц.
К. С. Сименистий, к. т. н. , доц.
Мета роботи:
Дослідження підсилювальних властивостей основних схем ввімкнення операційних підсилювачів (ОП);
Дослідження частотної корекції АЧХ операційних підсилювачів.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Операційним підсилювачем називають диференційний підсилювач постійного струму з великим коефіцієнтом підсилення, призначений для виконання математичних операцій над аналоговими сигналами при роботі в схемах з від’ємним зворотним зв’язком (ВЗЗ). В ОП намагаються забезпечити широку смугу пропускання, великий вхідний і малий вихідний опори, завдяки чому математичні операції, що виконуються схемами ОП, визначаються виключно ланкою від’ємного зворотного зв’язку. Як правило ОП – це інтегральна мікросхема (або інтегральна схема - ІС). В залежності від ланки зворотного зв’язку ОП може виконувати різні функції: підсилення в смузі частот підсумовування, інтегрування, диференціювання, логарифмування тощо [1,2].
Основним підсилювальним вузлом ОП є диференційний каскад, тому підсилювач має два входи інвертуючий (ВХ-) і не інвертуючий (ВХ+). Сигнал на виході ОП синфазний з вхідним, якщо напруга QUOTE подана ВХ+ і протифазний - якщо напруга QUOTE подана на ВХ-. В зв’язку з цим зворотний зв'язок з виходу на ВХ+ є додатнім, а на ВХ- - від’ємним.
Основні параметри ОП
Коефіцієнт підсилення ОП QUOTE визначається на низьких частотах відношенням зміни вихідної напруги QUOTE до зміни напруги, що її викликала QUOTE , між диференційними входами підсилювача при розімкнутому колі зворотного зв’язку. В сучасних інтегральних ОП QUOTE сягає десятків і сотень тисяч.
В ОП розрізняють диференційний вхідний опір QUOTE і вхідний опір синфазного сигналу QUOTE . Диференційний опір визначають при подачі на входи ОП протифазних сигналів або подачі сигналу лише на один вхід, QUOTE - при подачі на входи ОП синфазних сигналів.
Перший залежить від типу підсилювальних елементів у вхідному каскаді (біполярний, уніполярний транзистор), від режиму роботи і схеми ввімкнення підсилювального елемента і випадку використання вхідного каскаду на біполярних транзисторах.
Вихідний опір ОП залежить від типу вихідного каскаду та глибини зворотного зв’язку. Для різних типів ОП він знаходиться в межах від 50 до 2000 Ом.
АЧХ ОП без зовнішнього ВЗЗ характеризуються частотою зрізу QUOTE (точка, де QUOTE дБ) і частотою одиничного підсилення QUOTE (де QUOTE ). Смуга пропускання підсилювача з замкнутим ВЗЗ залежить від глибини зворотного зв’язку А. на основі ідеалізованої АЧХ ОП (рис. 1) можна визначити значення частоти зрізу QUOTE підсилювача із зворотним зв’язком
QUOTE ,
Якщо коефіцієнт підсилення, виражений в децибелах.
Базові схеми ввімкнення ОП
Інвертуючий підсилювач (ІП)
В інвертую чому підсилювачі (рис. 2) має місце паралельний по напрузі ВЗЗ, який зменшує QUOTE . Вхідний опір залежить від величини резистора зворотного зв’язку QUOTE і коефіцієнта підсилення QUOTE : QUOTE = QUOTE і, при збільшені QUOTE , прямує до нуля. Точка “а” умовно “заземлена” (“квазі нуль”), отже QUOTE , QUOTE , тому наскрізний коефіцієнт передачі напруги схеми ІП
QUOTE (1)
Вхідний опір схеми ІП рівний QUOTE = QUOTE , вихідний опір досить малий завдяки впливу ВЗЗ по напрузі.
Неінвертуючий підсилювач (НІП)
В підсилювачі має місце ВЗЗ послідовний по напрузі, завдяки чому схема має великий вхідний опір QUOTE і малий вихідний QUOTE (рис. 3):
QUOTE , де глибина ВЗЗ
Наскрізний коефіцієнт передачі напруги НІП
QUOTE (2)
QUOTE =1 при QUOTE . В цьому випадку схема стає аналогом повторювача, виконаного на транзисторі.
Корекція частотної характеристики ОП
Під впливом паразитних ємностей, що шунтують опори навантаження каскадів ОП, на високих частотах падає підсилення і зростає зсув по фазі QUOTE вихідного сигналу відносно вхідного.
При числі каскадів N>2 QUOTE на деякій частоті досягає 180 QUOTE і ВЗЗ перетворюється в додатній. Якщо при цьому модуль петльового підсилення QUOTE , то виникає самозбудження підсилювача (паразитна генерація). При цьому:
QUOTE .
Для забезпечення стійкості підсилювача рекомендується мати запас стійкості по фазі, тобто QUOTE . Це означає, що у всьму діапазоні частот при будь якому ВЗЗ QUOTE повинен бути менше 90°.
З теорії електричних кіл відомо, що такий сумарний зсув фаз характерний для одиничних аперіодичних кіл, передавальна функція яких має один полюс, а нахил падаючої асимптоти логарифмічної АЧХ (ЛАЧХ) складає 20 QUOTE (децибел на декаду).
Рис. 3. Рис.4.
ЛАЧХ багато каскадного ОП має такий нахил тільки в межах частот, що відповідає двом її першим зломам (точки А, Б, рис. 4). Отже, при глибині ВЗЗ QUOTE , що відповідає другому зламу, точка В підсилювач самозбудитись.
Для забезпечення абсолютної стійкості при довільному значені глибини А ВЗЗ використовують різні методи, метою яких є позбавлення від надлишкових фазових зсувів. Суть одного з них, неоптимальної частотної корекції, що широко використовуються при роботі з ОП, полягає в штучному створені домінуючого полюса передавальної функції ОП без ВЗЗ, тобто полюса з частотою QUOTE . Спад ЛАЧХ в цьому випадку дорівнює 20 QUOTE у всьому діапазоні робочих частот і глибини ВЗЗ. Недолік методу – звуження смуги пропускання ОП.
На рис. 4 представлено побудову ЛАЧХ ОП з домінуючим полюсом частота якого дорівнює QUOTE . Для заданого значення QUOTE частота верхнього зрізу дорівнює QUOTE .
Для реалізації домінуючого полюса до доступного резистора QUOTE схема ОП підмикається конденсатор QUOTE , величини ємності якого визначається з виразу для частоти полюса:
QUOTE (3)
В сучасних ОП корекції часто є внутрішньою, наприклад, в ОП К544УД2А(Б).
Рис. 5
ОПИС СХЕМИ
Макет включає в себе три схеми ввімкнення ОП К140УДІБ (рис. 5): 1 – ІП, 2 – НІП, 3 – повторювач. Перемикач QUOTE комутує резистори кола зворотного зв’язку, QUOTE комутує коректуючи ланку ОП, QUOTE вмикає ємність зворотного зв’язку С2.
ЗАВДАННЯ ДО РОЗРАХУНКУ
Розрахувати частоту домінуючого полюса, що формуються ланкою неоптимальної частотної корекції ОП, при значеннях QUOTE , QUOTE (колекторний резистор другого каскаду ІС К140УДІБ).
Розрахувати QUOTE і частоти верхнього зрізу ІП і НІП при неоптимальній корекції ОП для обох значень резисторів зв’язку ( QUOTE , QUOTE ). Значення коефіцієнта підсилення ОП з розімкнутим ВЗЗ QUOTE .
Розрахувати глибину ВЗЗ ІП та НІП для двох значень опору резистору зв’язку.
ЗАВДАННЯ ДО ЕКСПЕРИМЕНТУ
Виміряти QUOTE та QUOTE ІП, НІП і повторювача для двох значень опорів резисторів зворотного зв’язку ( QUOTE , QUOTE ).
Провести вимірювання по п. 4.1, для двох номіналів QUOTE , комутуючи тумблер QUOTE .
Примітка. При вимірюваннях регулюванням напруги QUOTE добиватися значень QUOTE В. встановивши і вимірявши QUOTE , виміряти QUOTE .
ЗМІСТ ЗВІТУ
Короткий виклад основних теоретичних положень про схеми на ОП і структурні схеми ІП та НІП.
Результати теоретичних розрахунків, виконати згідно п. 3.
Структурна схема макету та експериментальні дані, одержані згідно п. 4.
АЧХ кожної із схем з вказанням частот зрізу. Масштаб осі частот – логарифмічний.
На основі результатів розрахунків і експериментів зробити висновки:
а) про вплив номіналів елементів коректуючої ланки ОП на смугу пропускання ІП та НІП (при неоптимальній корекції);
б) про вплив глибини зовнішнього ВЗЗ на коефіцієнт передачі напруги ІП та НІП в області середніх частот і на смугу пропускання схем;
в) провести порівняльну оцінку результатів розрахунків і експериментів.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Якого типу ВЗЗ має місце в ІП? В НІП? В повторювачі?
Яке призначення корекції частотної характеристики ОП?
Принцип дії і недолік неоптимальної частотної корекції АЧХ ОП.
ЛІТЕРАТУРА
Шило В. Л. Линейные интегральные схемы. – М.: Советское радио, 1979. – 334 с.
Полонников Д. Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 216 с.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора