Описание стенда

Схема исследуемого каскада представлена на рис. 4.5. Она обладает высоким значением K_{U ПАР} и для удобства измерений в стенде смонтирован делитель напряжений, позволяющий осуществлять подачу на входы как синфазного, так и парафазного сигналов. Данная схема позволяет ввести в цепи баз резисторы R_l и R₂.

Рис. 4.5. Схема исследуемого каскада с делителем входного сигнала

С помощью последних можно измерить входное сопротив-ление каскада, а также имитировать несим-метрию сопротивлений в цепи баз.

При измерении K_{U СИНФ} источник сигнала необходимо подключить к клеммам Г, предварительно включить резистор R₁ (ключ K_З в положение “Синф”). Пара-метры делителя напряжения приведены на стенде.

Ключи К₁ и К₂ позволяют замыкать базы транзисторов VT1 и VT2 на землю и осуществлять необходимые измерения в отсутствии сигнала.

Задание

1. Установить напряжение источников питания |E₁| = |E₂| = 10 В. Измерить потенциалы коллекторов и эмиттеров, при этом базы транзисторов заземлены. Оценить токи коллекторов транзисторов. Используя параметры элементов, приведенные на схеме, и результаты измерения тока транзисторов, рассчитать К_{U ПАР} и К_{U СИНФ}, r_{ВХ ПАР} и r_{ВХ СИНФ}. Оценить величину p = К_U СИНФ / К_U ПАР и максимальную амплитуду выходного сигнала.

2. Подать на вход усилителя напряжение от источника постоянного тока через делитель сигнала. Снять и построить передаточные характеристики каскада. Из полученных данных определить К_{U ПАР}, К_{U СИНФ}.

3. На переменном (синусоидальном) сигнале, подаваемом от ГЗ-36 через делитель сигнала, измерить входное сопротивление каскада для парафазного и синфазного сигналов. Входные и выходные сигналы контролировать осциллографом. Измерить К_U и r_ВХ для сигнала, поданного на один вход (второй вход замкнут на землю).

4. Сравнить результаты измерений п. 2 и 3 с рассчитанными в п. 1.

5. Определить напряжение смещения нуля каскада DU_СМ⁰, связанное с DI₁₀. Для этого измерить U_К1 –U_К2 при замкнутых на землю входах “вх.1” и “вх.2” и вычислить DU_СМ⁰ @ DU_Э = (U_К1 –U_К2) / K_{U ПАР}.

6. Осуществить разбаланс сопротивлений в цепи баз транзисторов (DR_б

= 10 кОм). Наблюдать разбаланс каскада. Оценить напряжение смещения нуля каскада. Сравнить с теоретически ожидаемым.

7. Оценить влияние изменения напряжений питания DE_э и DE_к на смещение нуля каскада DU_СМ⁰ / DE_Э и DU_СМ⁰ / DE_К (E_Э и Е_К изменять в пределах ±25 % от номинальных значений).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы. – М.: Сов. Радио, 1978. С. 47–59.

2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. – М.: Телеком, 1999.

Лабораторная работа № 5

Операционные усилители

Цель работы — изучение построения операционного усилителя, исследование режима каскадов по постоянному току и прохождения сигнала через усилитель.

Основные параметры и структура операционного усилителя

Операционные усилители (ОУ) строятся на основе усилителей постоянного тока (УПТ). Они широко применяются в измерительной технике, в системах автоматического регулирования и аналоговой вычислительной технике для операций сложения, умножения, интегрирования и дифференцирования и т.д. Отличительной особенностью УПТ является способность усиливать электрические сигналы в полосе частот от f = 0 до некоторой предельной частоты f_В, определяемой свойствами схемы.

ОУ характеризуются целым рядом параметров. Основными из них являются коэффициент передачи по напряжению K_{U ПАР}, K_{U СИНФ} для парафазного и синфазного сигналов, входное r_ВХ ПАР и r_{ВХ СИНФ} сопротивление, выходное r_ВЫХ сопротивление.

ОУ обычно строят так, чтобы выходное напряжение U_ВЫХ = 0, когда U_ВХ = _ВХ1 – _ВХ2 =0. Однако разброс параметров компонентов в реальных схемах приводит к появлению некоторого напряжения на выходе U_СМ⁰, называемого “напряжением смещения нуля”. Смещение нуля рассматривается как параметр схемы и задается его абсолютной величиной, либо величиной, отнесенной к значению K_U, называемой приведенным (к входу) напряжением смещения нуля.

Важным параметром ОУ является коэффициент “дрейфа нуля” DU_СМ⁰ DU_СМ⁰ = DU_ВЫХ/(DT K_{U ПАР}), характеризующий изменение выходного потенциала при U_ВХ = 0 в некотором диапазоне изменения температуры (или с течением времени).

При изменении питающих напряжений E_ПИТ выходное напряжение U_ВЫХ может изменяться, что воспринимается как некоторый сигнал. Устойчивость схемы к этим изменениям называют коэффициентом подавления изменения питающих напряжений DU_ВЫХ / (DE_ПИТK_U).

Базовые токи входных транзисторов при U_ВХ = 0 и их разбаланс также считают важной характеристикой ОУ. Их наличие создает на сопротивлении источника сигнала падение напряжения, воспринимаемое усилителем как входной сигнал, что является нежелательным.

ОУ строятся на основе дифференциальных каскадов. Они состоят обычно из одного-двух таких каскадов, схемы сдвига уровня напряжения и выходного каскада, в качестве которого используется каскад общий коллектор. Схема ОУ первого поколения приведена на рис. 5.1. Первый каскад на транзисторах VT1–VT1' и второй на VT2–VT2' являются дифференциальными. Схема сдвига уровня содержит транзисторы VTЗ и VT4. Выходным каскадом схемы является эмиттерный повторитель на транзисторе VT5. Схема содержит транзисторы только n-р-n-типа проводимости.

Рассмотрим отдельные составляющие общей схемы ОУ.

Рис. 5.1. Схема исследуемого операционного усилителя