4 Лабораторная работа №12 Применение интегральных схем

Цель работы: Изучить принцип действия и исследовать работу интегральных инвертирующих усилителей и компараторов сигналов.

4.1 Общие сведения

Операционные усилители (ОУ) в интегральном исполнении широко применяются для построения сложных функциональных схем.

Современные ОУ характеризуются высоким входным сопротивлением, низким выходным сопротивлением и изменяющимся в широких пределах коэффициентом усиления по напряжению, величину которого можно установить внешними резисторами. Условное графическое обозначение ОУ показано на рисунке 4.1, а. Видно, что ОУ имеет два входа. Верхний вход называется инвертирующим входом, второй вход называется неинвертирующим входом. Справа показан выход усилителя.

Рисунок 4.1 - Операционный усилитель

а – условное обозначение; б – два резистора, используемые для установки требуемого значения коэффициента усиления по напряжению

Операционный усилитель почти никогда не используется сам по себе. Обычно к нему добавляются резисторы, как показано на рисунке 4.1, б, для установки требуемого значения коэффициента усиления по напряжению. Резистор называется входным резистором. Резистор называется резистором обратной связи. Коэффициент усиления по напряжению для такого усилителя находится с помощью формулы

. (4.1)

Коэффициент усиления по напряжению можно также рассчитать с помощью формулы

. (4.2)

Предположим, что =1 кОм и =10 кОм, тогда коэффициент усиления будет равен 10.

Если, например, входное напряжение равно 0,5 В, то выходное напряжение будет равно 5 В.

Поскольку используется инвертирующий вход усилителя, постольку, строго говоря, выходное напряжение равно –5 В. Таким образом, коэффициент усиления ОУ очень просто задать, выбрав соответствующее отношение сопротивлений входного резистора к резистору обратной связи.

Компаратором называется схема для сравнения двух напряжений (рисунок 4.2).

Основой компараторов является операционный усилитель.

Рисунок 4.2 - Структурная схема компаратора напряжений и временная диаграмма его работы

На неинвертирующий вход подается неизменное по величине напряжение, называемое опорным . На инвертирующий вход подается изменяющееся во времени напряжение .

В схеме компаратора используется свойство ОУ изменять полярность выходного напряжения в зависимости от знака разности напряжений на входах. Поясним это на примере временной диаграммы (рисунок 4.2). В интервале времени , это значит, что потенциал неинвертирующего входа выше, чем инвертирующего. Следовательно, совпадает по фазе с ( ) и устанавливается на уровне напряжения питания ОУ. В момент времени , когда потенциал инвертирующего входа выше неинвертирующего , т.е. отстает по фазе от на и устанавливается на уровне - . Изменение полярности выходного напряжения происходит в момент времени , когда . Поскольку коэффициент усиления ОУ достаточно высок в момент сравнения и из–за шумов возможно многократное переключение выходного напряжения ОУ. Чтобы исключить такой режим в характеристике компаратора искусственно создают гистерезис (рисунок 4.3).