Моделирование работы операционного усилителя

Измерение коэффициента усиления с помощью мультиметра

Различают несколько схем подключения операционных усилителей (ОУ или ОРАМР - Operational Amplifier): инвертирующее, неинвертирующее, дифференциальное и др. При инвертирующем подключении операционного усилителя входной сигнал (входное напряжение) подается на инвертирующий вход усилителя, обозначаемый знаком (-). Коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется формулой

Знак минус в формуле (3.12) означает, что выходной сигнал (выходное напряжение) находится в противофазе с входным сигналом.

При неинвертирующем подключении операционного усилителя входной сигнал подается на неинвертирующий вход усилителя, обозначаемый знаком +.

Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется формулой

При дифференциальном подключении операционного усилителя входные сигналы подаются на оба входа: на инвертирующий и неинвертирующий вход. Выходной сигнал при этом определяется методом наложения (суперпозиции) двух сигналов, а именно:

  • - определяется выходной сигнал по неинвертирующему входу;
  • - определяется выходной сигнал по инвертирующему входу;
  • - полученные напряжения складываются

где UBhix+ - выходное напряжение по неинвертирующему входу; f/вых— “ выходное напряжение по инвертирующему входу.

Выражение (3.14) можно переписать в виде

При UBx+ — ^вх- — ^вх получаем t/вых — ^вх

Покажем, что формулы 3.12, 3.13, 3.15 очень хорошо согласуются с результатами моделирования операционных усилителей в программе Multisim.

Рассмотрим неинвертирующий усилитель. Соберем схему неинвертирующего усилителя, представленную на рис. 3.68. Входной сигнал подается на вход, обозначенный знаком (+).

Неинвертирующее включение операционного усилителя В схеме используются

Рис.3.68. Неинвертирующее включение операционного усилителя В схеме используются:

  • - операционный усилитель марки LM124AJ. Усилитель можно найти по адресу: база данных Основная -> раздел Analog -> семейство ОРАМР;
  • - резисторы Rl=500 Ом; R2=20 кОм;
  • - генератор сигналов с амплитудным значением напряжения 0,1 В; частотой 1кГц.

Рассчитаем теоретический коэффициент усиления по формуле (3.13)

Далее рассчитаем экспериментальный коэффициент усиления по показаниям мультиметра. Мультиметр на схеме показывает действующее значение выходного напряжения, равное 2,897 В. Тогда экспериментальное значение коэффициента усиления определится следующим образом

Теоретическое и экспериментальное значения коэффициента усиления практически совпадают.

Рассмотрим инвертирующий усилитель. Соберем схему инвертирующего усилителя, представленную на рис. 3.69. Входной сигнал подается на инвертирующий вход, обозначенный знаком (-).

Инвертирующее включение операционного усилителя

Рис. 3.69. Инвертирующее включение операционного усилителя

Номиналы компонентов оставим без изменений. Рассчитаем теоретический коэффициент усиления по формуле (3.12)

Определим экспериментальный коэффициент усиления по показаниям мультиметра. Мультиметр на схеме показывает действующее значение выходного напряжения, равное 2,826 В. Экспериментальное значение коэффициента усиления определится следующим образом

Теоретическое и экспериментальное значения коэффициента усиления практически совпадают.

Рассмотрим дифференциальный усилитель. Соберем схему дифференциального усилителя, представленную на рис. 3.70.

Дифференциальная схема включения операционного усилителя

Рис. 3.70. Дифференциальная схема включения операционного усилителя

Сигнал амплитудой 0,1 В и частотой 1 кГц подается на инвертирующий вход и сигнал амплитудой 0,3 В и той же частоты подается на неинвертирующий вход. Мультиметр показывает выходное напряжение 5,864 В.

Рассчитаем теоретическое выходное напряжение по формуле (3.15).

Теоретическое и экспериментальное значения выходного напряжения практически совпадают. Но если частота сигналов по инвертирующему и неинвертирующему входу будет различной, то пользоваться формулой (3.15) для определения выходного напряжения уже нельзя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >