ФУУМЭ / 7201_lab2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Функциональные узлы и устройства микроэлектроники»

Тема: Исследование интегрального монолитного операционного усилителя

Студенты гр. 7201		Шапошников В.А.
		Лукпанов Т.Е.
		Яковенко Е.В.
Преподаватель		Тупицын А.Д.

Санкт-Петербург

2020

Цель: Ознакомление со схемотехническими и конструктивными особенностями интегрального монолитного операционного усилителя и определение его основных характеристик и параметров.

Описание исследуемой схемы:

Рис. 1. Электрическая принципиальная схема ОУ

В работе исследуется монолитный операционный усилитель К140УД1. Электрическая принципиальная схема ОУ приведена на рис. 2.2. Здесь ВДУ собран на транзисторах VT1 и VT2. Усиливаемые входные сигналы создают противофазные падения напряжений на резисторах R1 и R3. Каскад УН собран на эмиттерно-связанных VT4 и VT5. При этом в коллекторной цепи VT4 нагрузка отсутствует и он оказывается включён по схеме эмиттерного повторителя. В цепи коллектора VT5 имеется нагрузка R8. При подаче входного напряжения на входы ОУ усиленное напряжение поступает с резистора R1 на базу VT5, изменяя ток его базы и, соответственно, коллектора. При этом усиленное напряжение с резистора R3, противофазное напряжению в базе VT5, поступая на базу VT4, изменяет его коллекторный ток на такую же величину, но в противофазе. Это приводит к тому, что его эмиттерный потенциал изменяется так же. При этом оказывается, что при попарной идентичности VT1 и VT2, VT4 и VT5 между базой и эмиттером VT5 приложено удвоенное изменение напряжением по сравнению с изменением напряжения на резисторе R3. Таким образом, падение напряжения на R8 представляет собой сумму усиленных напряжений на R1 и усиленное напряжение с R8 относительно общей точки схемы, мы осуществляем переход от дифференциального входа УН к несимметричному относительно общей точки выходу.

Транзисторы VT7 и VT8 обеспечивают сдвиг уровня напряжения в совокупности с R9, R10 и R12 и диодом VD1, защищающего от перегрузок цепь эмиттер-база VT7.

УМ построен на транзисторе VT9, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Сопротивление R12 обеспечивает небольшую положительную обратную связь, повышая общий коэффициент усиления.

ИНТ в виде «токового зеркала», собранный на VT3 и VT6, служит для

стабилизации работы ОУ. Сопротивления R2 и R7 в эмиттерных цепях VT3 и

VT6 обеспечивают необходимые значения стабильных токов транзисторов

ВДУ и УН.

Выводы «Коррекция» используются для подключения внешних коррек-

тирующих цепей.

Параметры ОУ К140УД9:

Uкбо(и) = 10 В				- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-база
Uкэо(и) = 10 В				- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер
Iкmax(и) = 50 мА				- Максимально допустимый импульсный ток коллектора
Pкmax(т) = 0,15 Вт				- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом
h21э = 20-300				- Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
Iкбо < 0.5 мкА				- Обратный ток коллектора
fгр > 800 МГц				- граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером Таблица 1 Амплитудные характеристики для 50 Гц
	Uвх, В	0	0,01		0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35
	Uвых, В	0	0,285		1,473	2,957	4,44	5,92	6,977	6,969	6,969
	Кус	0	28,5		29,46	29,57	29,6	29,6	27,908	23,23	19,91143

Таблица 2 Амплитудные характеристики для 1 кГц

Uвх, В	0,01	0,05	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	1
Uвых, В	0,296	1,478	2,958	4,432	5,91	6,969	6,969	6,969	7,171
Кус	29,6	29,56	29,58	29,54667	29,55	23,23	17,4225	13,938	7,171

Таблица 3 Амплитудные характеристики для 50 кГц

Uвх, В	0,01	0,03	0,05	0,07	0,11	0,15	0,24	0,35	0,5
Uвых, В	0,3	0,9	1,493	2,095	3,406	4,467	5,081	5,23	5,24
Кус	30	30	29,86	29,92857	30,96364	29,78	21,17083	14,94286	10,48

Таблица 4 Амплитудные характеристики для 500 кГц

Uвх, В	0	0,005	0,007	0,01	0,015	0,02	0,03	0,05	0,07
Uвых, В	0	0,137	0,191	0,269	0,38	0,436	0,479	0,506	0,517
Кус	0	27,4	27,28571	26,9	25,33333	21,8	15,96667	10,12	7,385714

Таблица 5 Полученные данные моделирования (50 кГц и Uвх=0,07 В)

R, Ом	5100	2200	1000
Uвых, В	2,097	2,096	2,086
Iвых, мкА	0,000411	0,000953	0,002086
Rвых, Ом	1,846549	8,824001

Таблица 6 Полученные данные моделирования (50 кГц и Uвх=0,35 В)

R, Ом	5100	2200	1000
Uвых, В	5,23	3,969	2,68
Iвых, мкА	0,001025	0,001804	0,00268
Rвых, Ом	1619,572	1471,614

Таблица 7 Полученные данные моделирования (1 кГц и Uвх=0,1 В)

R, Ом	5100	2200	1000
Uвых, В	2,895	2,85	2,75
Iвых, мкА	0,000568	0,001295	0,00275
Rвых, Ом	61,82954	68,75

Таблица 8 Полученные данные моделирования (1 кГц и Uвх=0,5 В)

R, Ом	5100	2200	1000
Uвых, В	6,97	5,565	4,155
Iвых, мкА	0,001367	0,00253	0,004155
Rвых, Ом	1208,208	867,4497

Таблица 9 Полученные данные моделирования (1кГц)

Uвх, В	0,1	0,3	0,5	0,8	1	1,2	1,5	2	3
Uвых, В	0,6075	1,842	3,014	4,847	6,124	6,63	7,532	8,0324	8,035
Кус	6,075	6,14	6,028	6,05875	6,124	5,525	5,021333	4,0162	2,678333

Обработка результатов:

1. Построим амплитудные характеристики усилителя:

Рис. 2 Амплитудная характеристика для f=50 Гц

Рис. 3 Амплитудная характеристика для f=1 кГц

Рис. 4 Амплитудная характеристика для f=50 кГц

Рис. 5 Амплитудная характеристика для f=500 кГц

Рис 6 Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для

f=50 Гц

Рис 7 Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для

f=1 кГц

Рис 8 Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для

f=50 кГц

Рис 9 Зависимость коэффициента усиления от входного напряжения для f=500 кГц

2. Определение выходного сопротивления усилителя по нагрузочным характеристикам:

3. Исследуем влияние асимметрии питания на параметры ОУ:

Рис. 10 Амплитудная характеристика на частоте 1 кГц

Рис. 11 Зависимость коэффициента усиления на частоте 1 кГц

Вывод:

В данной работе был исследован операционный усилитель К140УД1. Были произведены расчёты выходных характеристик при различных режимах согласования питающих напряжений. Опытным путём было установлено, что в режиме согласования выходное сопротивление меньше, по сравнению со вторым режимом, полученные результаты полностью подтверждают теорию. Также были рассчитаны выходные сопротивления и исследовано влияние асимметрии питания на параметры операционного усилителя.