Математика Электротехника Лабораторные по электронике Строительная механика Машиностроительное черчение Атомная энергетика Ядерные реакторы История искусства На главную

Лабораторные по электронике

Лабораторная работа

Операционный инвертирующий усилитель

Цель работы

Освоить основные понятия об операционных усилителях, характеристиках, режимах работы усилителей.

Снять амплитудную и амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Общие сведения

  Операционный усилитель широко применяется для усиления как аналоговых (непрерывных), так и импульсных сигналов. Операционный усилитель это многокаскадный усилитель с большим коэффициентом усиления (400 - 50 000 и выше). Усилитель такого типа собирается на интегральной микросхеме и имеет два входа: инвертирующий и неинвертирующий. Соответственно операционные усилители подразделяются на 2 типа – инвертирующий усилитель, выходной сигнал которого находиться в противофазе с входным сигналом и неинвертирующий усилитель, у которого оба сигнала совпадают по фазе.

  Обратная связь в усилителях подразделяется на отрицательную и положительную. Обратную связь в усилителях определяют как подачу части или всего выходного сигнала усилителя на его вход. Если, при наличии обратной связи, входное напряжение складывается с напряжением обратной связи, и на вход усилителя подается увеличенное напряжении, то такую связь называют положительной обратной связью. Если сигнал с выхода усилителя

подается в противофазе с входным, то происходит ослабление входного сигнала, и такая обратная связь называется отрицательной. Выходной сигнал подается на вход усилителя при помощи звена обратной связи. При этом

сигнал может подаваться на вход параллельно ему (обратная связь по напряжению), либо последовательно (обратная связь по току). В обратной связи по напряжению , где UOC – напряжение обратной связи, UВЫХ – выходное напряжение,  – коэффициент обратной связи.

Полупроводниками принято считать широкий класс веществ, чья электропроводность меньше чем у металлов (106 - 104 Ом-1) , но больше чем у хороших диэлектриков (10-10 – 10-12 Ом-1). Различие между полупроводниками и диэлектриками является скорее количественным, чем качественным, диэлектрики тоже могут достигать при высоких температурах величин электропроводности, характерных для полупроводников.

Операционный инвертирующий усилитель Цель работы Освоить основные понятия об операционных усилителях, характеристиках, режимах работы усилителей. Снять амплитудную и амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Зонная структура полупроводнков Сближение атомов в твердом теле на расстояние порядка размеров самих атомов приводит к тому, что внешние (валентные) электроны теряют связь с определённым атомом — они движутся по всему объему кристалла, вследствие чего дискретные атомные уровни энергии расширяются в полосы (энергетические зоны).

Примеси в полупроводниках. p- и n-типы полупроводников Электропроводность полупроводника может быть обусловлена как электронами собственных атомов данного вещества (собственная проводимость), так и электронами примесных атомов (примесная проводимость). Наряду с примесями источниками носителей тока могут быть и различные дефекты структуры, например вакансии, междоузельные атомы, а также недостаток или избыток атомов одного из компонентов в полупроводниковых соединениях (отклонения от стехиометрического состава), например недостаток Ni в NiO или S в PbS.

Токи в полупроводниках Движение носителей заряда в полупроводнике обусловлено двумя механизмами – дрейфовым и диффузионным. Электрическое поле, в которое помещен полупроводник, вызывает направленное движение носителей - дрейф. Причиной же диффузии носителей заряда является наличие градиента концентрации свободных носителей.

Типы фотодатчиков Все фотодатчики по принципу действия можно разделите на две большие группы: тепловые и фотонные.

Люксметр Ю116 Предназначен для измерения освещенности, создаваемой лампами накаливания и естественным светом, источники которого расположены произвольно относительно светоприемника люксметра.

Исследование влияния пространственного заряда на прохождение тока в диоде

Изучение вращения плоскости поляризации в магнитном поле (эффект Фарадея). Ознакомление с теорией эффекта Фарадея; наблюдение вращения плоскости поляризации при прохождении света через вещество, помещенное в магнитное поле.

Правила техники безопасности полностью соответствуют «Инструкции Ф-36 на безопасное выполнение работ в оптической лаборатории общего физического практикума».

Исследование полупроводниковых выпрямителей и сглаживающих фильтров В лабораторной работе изложена теория и исследуются схемы полупериодного и двухполупериодного выпрямления однофазного переменного тока и двухполупериодного выпрямления трехфазного переменного тока без фильтра и с набором различных сглаживающих фильтров. По результатам экспериментов рассчитываются коэффициенты пульсаций, сглаживания и снимаются внешние характеристики различных выпрямителей.

Хотя отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя, однако в тоже время она существенно снижает уровень нелинейных искажений сигнала и стабилизирует коэффициент усиления. Эти положительные свойства отрицательной обратной связи приводят к тому, что она применяется в усилителях самого различного типа. Хотя положительная обратная связь увеличивает входное напряжение, но в то же время это приводит к возрастанию уровня нелинейных искажений выходного сигнала. Поэтому положительная обратная применяется довольно редко, главным образом в автогенераторах и некоторых избирательных усилителях.

В данной работе исследуется операционный инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью по напряжению. На рис. 1 приведена схема инвертирующего усилителя

 


.

Рис. 1 Операционный инвертирующий усилитель.

 В данной схеме отрицательная обратная связь осуществляется с помощью потенциометра R3, соединяющего вход и выход усилителя. Входное сопротивление усилителя определяется в основном, резистором R1, при этом вследствие этого входной и выходной токи усилителя практически равны (входной ток через усилитель (микросхему) пренебрежимо мал. Вследствие этого усиление сигнала по току отсутствует коэффициент усиления сигнала по напряжению КU определяется как: ;

Входной сигнал подается на инвертирующий вход 2. К неинвертирующему входу 3 подключается согласующий резистор R3, стабилизирующий коэффициент усиления усилителя.

 В работе исследуются две характеристики усилителя – амплитудная и амплитудно-частотная.

План работы.

1. Снять амплитудную характеристику усилителя для двух значений сопротивления обратной связи R3.

 Усиливаемый сигнал подается от генератора на вход усилителя с постепенным увеличением. Для каждого значения измерить величину входного и выходного напряжения при помощи цифрового вольтметра и записать данные в табл. 1. С этой целью используется переключатель UВХ / UВЫХ.

На основании полученных данных определить коэффициент усиления по напряжению КU, одновременно при помощи осциллографа исследовать форму сигнала.

 Таблица 1.

UВХ , В

 

 

 

 

 

 

 

UВЫХ , В

 

 

 

 

 

 

 

KU

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить амплитудную характеристику

UВЫХ  =f (UВХ).

2. Снять амплитудно-частотную характеристику.

При снятии характеристики на вход подается постоянное по величине напряжение UВХ при максимальном значении сопротивления обратной связью R3.

 Измерить входное и выходное напряжение для каждой из заданных частот и записать показания в табл. 2.

Таблица 2

f, кГц

0,1

0,5

2,0

6,0

15,0

40,0

UВХ , В

 

 

 

 

 

 

UВЫХ , В

 

 

 

 

 

 

KU

 

 

 

 

 

 

По этим данным рассчитать коэффициент усиления KU и построить амплитудно-частотную характеристику KU = f (f), где f - частота, кГц. При снятии характеристики при помощи осциллографа оценить форму сигнала и возможные искажения.


На главную