Файл: Методичка по электронике для аудитории.docx

Содержание отчета

1. Цель работы

2. Исследуемые схемы

3. Нагрузочные характеристики

4. График зависимости тока коллектора от напряжения “коллектор-эмиттер”

5. Экспериментальные данные режимов отсечки и насыщения

6. Осциллограммы и показания напряжения, снятые с осциллограммы

7. График работы переключателя, значение точки переключения

Контрольные вопросы:

1. Характерные признаки работы транзистора в ключевом режиме?

2. Почему при работе транзистора в ключевом режиме имеют место минимальные потери мощности?

3. Влияние величины сопротивления резистора на ключевой режим работы транзистора?

4. Основные состояния транзистора при работе в ключевом режиме?

5. Объясните искажения синусоидального сигнала на выходе транзистора, работающего в ключевом режиме?

6. Принцип работы переключателя?

Лабораторная работа № 7

Характеристики операционного усилителя.

Инвертирующие и неинвертирующие усилители.

Цель работы: Исследование зависимости выходного напряжения инвертирующего и неинвертирующего усилителей от величины сопротивления обратной связи и величины нагрузки.

Теоретическое введение

Операционный усилитель (ОУ) это аналоговая интегральная схема, с высокорезистивным дифференциальным входом и очень высоким коэффициентом усиления. Идеальный ОУ постоянного тока должен удовлетворять следующим требованиям к электрическим параметрам:

• Коэффициент усиления по напряжению стремится к бесконечности

• Входное сопротивление стремится к бесконечности

• Если входное сопротивление равно нулю, то выходное тоже равно нулю

• Бесконечная полоса усиливаемых широт

Условное обозначение ОУ:

Рис 7.1

Инвертирующий вход ОУ изменяет выходной сигнал в противофазе, а неинвертирующий в фазе.

Реальный операционный усилитель характеризуется следующими параметрами:

Средний входной ток . В отсутствие 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 внутренне сопротивление источника входного сигнала, создают падение напряжения на входе ОУ, которые могут вызвать падение напряжения на выходе в отсутствии сигнала на входе. Компенсация этого падения 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:

где исоответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов.

Разность входных токов определяется выражением:

В справочниках обычно указывают модуль этой величины.

Схема для измерения входных токов представлена на рис. 7.2

Рис. 7.2

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе – показатель ОУ, определяющий усиление выходных сигналов. У идеального ОУ должен стремиться к бесконечности.

Коэффициент усиления напряжения схемы инвертирующего усилителя на ОУ (рис. 7.3) вычисляется по формуле: . Инвертирующий усилитель может, как ослаблять, так и усиливать сигнал.

рис. 7.3

Коэффициент усиления схемы неинвертирующего усилителя на ОУ (рис. 7.4) вычисляется по формуле: . Использую этот усилитель можно получить гарантированно усиленный сигнал.

Рис. 7.4

Напряжение смещения – значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе равнялось нулю.

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

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 в пределах 10 кОм…10Мом. Входное сопротивление по синфазному сигналу определяется как отношение приращения входного синфазного напряжения к вызванному приращению среднего входного тока:

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

где – изменение напряжения между входами ОУ,– изменение выходного тока.

Выходное сопротивление в интегральных ОУ составляет 20…2000Ом. Выходное сопротивление уменьшает амплитуду выходного сигнала, особенно при работе усилителя, на сравнимое с ним сопротивление нагрузки. Схема для измерения дифференциального входного сопротивления ОУ и выходного сопротивления на рис.7.5.

Рис.7.5

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

Схема для измерения скорости нарастания выходного сопротивления ОУ и выходного сопротивления на рис.7.6. Измерения проводятся при подаче импульса в виде ступени на вход ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС) с общим коэффициентом усиления от 1 до 10.

Рис. 7.6

Коэффициента усиления схемы неинвертирующего усилителя на ОУ (рис.7.7) вычисляется по формуле:

Рис 7.7

Коэффициента усиления схемы инвертирующего усилителя на ОУ (рис.7.8) вычисляется по формуле:

Знак минус обозначает, что выходное напряжение инвертирующего усилителя находится в противофазе с выходным напряжением.

Рис 7.8

Постоянная составляющаявыходного напряжения определяется произведением напряжения смещения на коэффициент усиления схемы.

Порядок проведения работы

1. Измерение входных токов

1. Откройте файл lab 7/7_1 со схемой, изображенной на рис.7.2.

2. Включите схему.

3. Измерьте входные токи ОУ

4. По результатам измерений вычислите средний ток и разность входных токов.

5. Результаты запишите

2. Измерение напряжения смещения. (рис.7.3)

1. Откройте файл lab 7/7_2

2. Включите схему.

3. Запишите показания вольтметра.

4. Вычислите коэффициент усиления.

5. Вычислите напряжение смещения, используя коэффициент усиления.

3. Измерение входного и выходного сопротивлений (рис.7.5)

1. Откройте файл lab 7/7_3

2. Включите схему.

3. Измерьте входной ток и входное напряжение, запишите.

4. Переключите ключ клавишей R.

5. Повторите измерения.

6. Рассчитайте изменения входного напряжения и тока. Вычислите дифференциальное входное сопротивление ОУ.

7. Уменьшайте выходное сопротивление нагрузочного резистора RL до тех пор, пока выходное значение напряжения не будет примерно равно половине значения полученного в предыдущем пункте.

8. Запишите значение сопротивления RL, которое, в этом случае, примерно равно выходному сопротивлению.

4. Измерение времени нарастания выходного напряжения ОУ (рис.7.6)

1. Откройте файл lab 7/7_4

2. На функциональном генераторе установите значения: прямоугольный сигнал, частота 5kHz, скважность 50, амплитуда 10V, постоянная составляющая сигнала 0.

3. Включите схему.

4. Зарисуйте осциллограмму и по ней определите величину выходного напряжения, время его установления и вычислите скорость нарастания выходного напряжения в В/мк.