5. Контрольные вопросы

• Изобразите возможные схемы включения биполярного транзистора.

• Укажите факторы, определяющие силу тока, протекающего через коллектор биполярного транзистора.

• Зависит ли коэффициент β_DC оттока коллектора? Если да, то в какой степени? Обоснуйте ответ.

• Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?

• Зависит ли дифференциальное входное сопротивление биполярного транзистора от тока эмиттера?

• Чем определяется падение напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насыщения?

• Чем определяется коэффициент усиления по напряжению в транзисторном каскаде с общим эмиттером?

• Насколько точно определены в работе параметры биполярного транзистора? От чего может зависеть качество полученных результатов?

Лабораторная работа №3

Исследование схем на основе операционного усилителя

1. Цель работы

Целью работы является:

• ознакомление с характеристиками операционного усилителя;

• ознакомление с принципами построения схем преобразования аналоговых сигналов на основе операционного усилителя;

• исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителей на основе;

• операционного усилителя;

• исследование схем интегрирования и дифференцирования аналоговых

• сигналов.

2. Сведения, необходимые для выполнения работы

Перед началом выполнения работы полезно ознакомиться со следующими во­просами:

• устройство и основные характеристики операционного усилителя;

• способы построения усилителей на основе операционного усилителя;

• способы построения преобразователей аналоговых сигналов на основе опе­рационного усилителя.

Одной из разновидностей полупроводниковых приборов являются полупро­водниковые интегральные микросхемы - монолитные функциональные прибо­ры, все элементы которых изготавливаются в едином технологическом цикле, Интегральные микросхемы предназначены для выполнения различных операций, как с аналоговыми, так и с цифровыми электрическими сигналами. Среди интегральных микросхем, предназначенных для обработки аналоговых электри­ческих сигналов, важнейшее место занимает операционный усилитель (ОУ) - полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления напряжения и обеспечивающий выполнение различных операций по преобразованию аналого­вых электрических сигналов: усиление, сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и т. д. Возможность выполнения этих операций ОУ опреде­ляется наличием цепей положительной и/или отрицательной обратной связи, в состав которых могут входить сопротивления, емкости, индуктивности, диоды, стабилитроны, транзисторы и некоторые другие электронные элементы.

Типовой ОУ представляет собой дифференциальный усилитель с очень высо­ким коэффициентом усиления. На Рисунке 3.1 показано условное обозначение ОУ на принципиальных схемах.

Рисунок 3.1 - Условное обозначение ОУ:

(-) - инвертирующий вход ОУ; (+) - инвертирующий вход ОУ: U_(-) – напряжение на инвертирующем входе, U₍₊₎ - напряжение на неинвертирующем входе; U_(вых)- выходное напряжение ОУ; E_n+ - положительное напряжение питания; Е_п- - отрицательное напряжение питания

Поскольку ОУ используются как преобразователи сигналов, к их характерис­тикам предъявляются определенные требования. В основном эти требования сводятся к тому, чтобы характеристики наилучшим образом соответствовали ха­рактеристикам идеального ОУ. Идеальный операционный усилитель обладает следующими свойствами:

• коэффициент передачи ОУ без обратной связи равен бесконечности;

• входной ток равен нулю;

• напряжение смещения и ток смещения нуля на выходе ОУ равны нулю;

• входное сопротивление ОУ равно бесконечности;

• выходное сопротивление ОУ равно нулю.

Модель идеального ОУ может успешно применяться для вывода математи­ческих соотношений, описывающих работу реальных ОУ в различных режимах. Выходное напряжение ОУ определяется выражением:

U_вых = -А (U_--U₊) = -А (ΔU) (3.1)

где А - коэффициент передачи усилителя, не охваченного обратной связью; U_- -напряжение на инвертиртирующем входе; U₊ - напряжение на неинвертиртирующем входе.

Знак минус перед коэффициентом передачи (А) показывает, что выходное на­пряжение отрицательно. Коэффициент передачи (А) можно определить как от­ношение величины выходного напряжения (U_ВЫХ) к разности значений входных напряжений ΔU. Коэффициент передачи реальных ОУ на постоянном токе ко­леблется в пределах от 10000 до 2000000.

Большинство ОУ имеют биполярный выход. Это означает, что выходной сиг­нал может иметь как положительную, так и отрицательную полярность. Поэтому для нормальной работы ОУ требуются два источника питания.

Выходное напряжение никогда не может превысить напряжение питания (U_П- < U_ВЫХ < U_П+). Как правило, максимальное выходное напряжение ОУ на доли вольта меньше напряжения питания. Это ограничение известно как напряжение ограничения (положительное U_огр- и отрицательное {U_огр+).