Работа 11.1
Исследование основных характеристик операционных усилителей с использованием программы Multisim
Цель работы – знание основных характеристик и параметров операционного усилителя (ОУ) и умение их определять с использованием программы компьютерного моделирования Multisim.
1. Исследование передаточной характеристики ОУ
Для получения графиков передаточных характеристик ОУ заданного типа (OP113) в рабочем окне программы Multisim собираем схемы, приведенные на рисунке 1.
Передаточная характеристика ОУ по отношению к неинвертирующему входу изображена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Передаточная характеристика для неинвертирующего входа операционного усилителя
Рисунок 3 — Передаточная характеристика для инвертирующего входа операционного усилителя
Используя полученные графические зависимости определяем значения напряжений насыщения:
Определяем значение напряжения смещения:
Коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя:
2. Определение коэффициента ослабления синфазного сигнала
Измерение коэффициента ослабления синфазного сигнала (КОСС) выполним с помощью схемы, изображенной на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема для измерения КОСС
Определяем значение КОСС для случая измерения мультиметром выходного напряжения ОУ при фиксированном значении синфазного напряжения:
Далее получаем график зависимости UВЫХ=f(UСФ) – рисунок 5.
Рисунок 5 – График зависимости UВЫХ=f(UСФ)
Значение КОСС, полученное при анализе графической зависимости UВЫХ=f(UСФ):
Величина логарифмического КОСС:
3. Измерение входных токов и напряжения смещения ОУ
Предварительно рассчитаем значения резисторов схемы для измерение входных токов:
Собираем схему для измерения напряжения смещения и входных токов ОУ – рисунок 6
Рисунок 6 – Схема для измерения напряжения смещения и входных токо
При замкнутых ключах S1 и S2 на выходе схемы получаем напряжение смещения нуля:
При замкнутом S1 и разомкнутом S2 получаем:
При разомкнутом S1 и замкнутом S2 получаем:
При обеих разомкнутых ключах имеем:
Средний входной ток:
Значение тока смещения:
4. Частотные характеристики ОУ
Для построение графических зависимостей частотных характеристик используем схему, приведенную на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема для снятия АЧХ и ФЧХ ОУ
Полученные частотные характеристики ОУ приведены на рисунках 8 и 9.
Рисунок 8 – АЧХ и ФЧХ ОУ
Рисунок 9 – АЧХ ОУ в децибелах
С помошью полученных графических зависимостей определяем значение частоты единичного усиления для заданного типа ОУ:
Крутизна спада АЧХ:
Угол фазового сдвига на частоте f1:
Для данного ОУ выполняется условие, обеспечивающее устойчивую работу устройства на основе ОУ с отрицательными обратными связями:
5. Определение максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ
Для измерения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ используем схему, изображенную на рисунке 10.
Рисунок 10 – Схема для определения Vmax и fПМ ОУ
Полученная временная диаграмма входного и выходного сигналов для последующего анализа приведена на рисунке 11.
Рисунок 11 – Временная диаграмма входного и выходного сигналов
Скорость нарастания выходного напряжения ОУ:
Скорость спада выходного напряжения ОУ:
Определяем значение Vmax:
6. Определение частоты полной мощности
Для эксперимента используем схему на рисунке 10 с синусоидальным источником входного напряжения. Визуально заметные треугольные искажения выходного сигнала проявляются на частоте 16 кГц – рисунок 12.
Рисунок 12 – Треугольные искажения выходного сигнала
Проверим полученное значение частоты полной мощности, выполнив её расчет аналитическим методом:
7. Сравнение паспортных и экспериментальных параметров ОУ
Сравнение выполним в виде итоговой таблицы, в которую заносим паспортные и экспериментальные значения параметров ОУ – таблица 1.