Лабораторная работа

Неинвертирующий вычитатель

Категория:

Лабораторная работа

Дисциплина:

Электроника

Город:

Беларусь, Минск

Учебное заведение:

БНТУ, ФИТР

Стоимость работы:

2 руб.

Оценка: 10
Объем страниц: 5
Год сдачи: 2020
Дата публикации: 26.11.2020

Фрагменты для ознакомления

Лабораторная работа

Неинвертирующий вычитатель

Цель работы: изучение передаточной характеристики неинвертирующего вычитателя на основа операционного усилителя и экспериментальное исследование аналоговых схем на его основе.

Основные понятия 

 Операционный усилитель (ОУ) – это усилитель постоянного тока, который характеризуется следующими параметрами: 

- высоким коэффициентом усиления напряжения, величина которого находится в пределах 104–106; 

- высоким значением входного сопротивления, обычно равным          105–107 Ом; 

- низким значением выходного сопротивления, находящимся в пределах от единиц Ом до нескольких сотен Ом. 

ОУ имеет два входа, один из которых является неинвертирующим, а другой – инвертирующим, и один общий выход. При подаче напряжения на неинвертирующий вход фаза усиленного напряжения на выходе усилителя совпадает с фазой входного. Напряжения на инвертирующем входе и на выходе ОУ находятся в противофазе. Неинвертирующий и инвертирующий входы образуют дифференциальный вход ОУ. Высокий коэффициент усиления ОУ обеспечивается тем, что его схема состоит из последовательно включенных нескольких каскадов. Первый каскад выполняется по схеме дифференциального усилителя, с чем связано наличие дифференциального входа ОУ. Выходной каскад строится по схеме эмиттерного (или стокового) повторителя, что обеспечивает низкое выходное сопротивление ОУ. 

Рис. 1. Операционный усилитель: схемное обозначение операционного усилителя

 На рис. 1 представлено одно из используемых обозначений ОУ. Кроме выводов для подачи и съема напряжений, ОУ имеет клеммы для подключения источника постоянного напряжения, энергия которого преобразуется при усилении входного напряжения. Наличие двух этих клемм (+Ек и – Ек) связано с тем, что постоянное питание ОУ осуществляется от источника двухполярного напряжения. Часто для упрощения схем клеммы +Ек и –Ек у ОУ не изображается и не показывается подвод к ним постоянного напряжения.   

Передаточная (амплитудная) характеристика ОУ приведена на рис. 2. Она имеет две ветви, соответствующие инвертирующему и неинвертирующему входам. В интервале малых значений входных напряжений каждой из этих ветвей ОУ работает в линейном режиме. При больших величинах входного напряжения ОУ переходит в нелинейный режим, где происходит насыщение выходного напряжения. Упомянутые выше высокие значения коэффициента усиления относятся к линейному режиму ОУ. Тангенс угла наклона передаточной характеристики к оси абсцисс в этом режиме численно равен величине коэффициента усиления. Поэтому интервал значений входных напряжений, где ОУ работает в линейном режиме, весьма мал. Данное обстоятельство затрудняет применение ОУ в аналоговых устройствах без применения специальных схемных решений. Проблема обычно решается введением отрицательной обратной связи, уменьшающей коэффициент усиления, которая реализуется введением ветви, соединяющей выход ОУ с инвертирующим ходом. При таком решении величина напряжения, поступающего непосредственно на вход ОУ, оказывается существенно меньше входного напряжения. 

Рис. 2. Передаточная характеристика ОУ

Практическая часть:

Дифференциальный усилитель предназначен для усиления разности двух входных напряжений. Его схема изображена на рис. 2.4

Рис. 1.4 Схема вычитания на операционном усилителе

Для определения выходного напряжения можно применить принцип суперпозиции, тогда получаем: 

При значении напряжения U2=0 схема работает как инвертирующий усилитель. При U1=0 схема работает как неинвертирующий усилитель с делителем напряжения на входе. Соответственно получаем: 

где 

 -  коэффициент усиления по неинвертирующему входу усилителя, 

 - коэффициент усиления по инвертирующему входу усилителя. 

52