Требования к отчету

Отчет должен содержать:

• результаты расчетов,

• амплитудную, амплитудно-частотные и фазовые характеристики,

• схемы экспериментов,

• результаты анализа и выводы.

Контрольные вопросы

1. Расскажите порядок расчета элементов инвертирующего усилителя на базе ОУ.

2. Укажите причины расхождения результатов расчета и эксперимента.

3. Как изменится верхняя частота среза при изменении глубины обратной связи?

4. Сделайте вывод выражения для коэффициента усиления с обратной связью .

5. Объясните изменение полосы пропускания усилителя с емкостной связью при различных значениях ёмкости конденсатора С1.

Какие изменения в схеме следует сделать, чтобы расширить полосу пропускания без изменения :

• в область высоких частот,

• в область низких частот.

Физический эксперимент

Цель работы: Освоить методику расчета и экспериментального определения основных параметров усилителей постоянного и переменного тока.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с параметрами операционных усилителей К140УД7 и К140УД8 (табл.3).

2. Рассчитать инвертирующий усилитель постоянного тока по исходным данным, приведенным в таблице 3.

Таблица 3

Вариант	1	2	3	4	5	6
	100	150	300	250	150	50
Тип ОУ	УД7	УД8	УД7	УД8	УД7	УД8
,Гц	100	130	60	120	80	15
,кОМ	1	2	0.5	0.25	2	1

При расчете схемы усилителя постоянного тока (рис.1) следует рассчитать и выбрать элементы схемы, а также определить, величины характеризующие свойство усилителей , , .

Расчет схемы инвертирующего усилителя начинается с выбора резистора ,

который определяет входное сопротивление усилителя , поэтому его следует выбирать больше, чем сопротивление источника входного сигнала ( ). Обычно рассчитывается таким образом, чтобы падение напряжения на нём от входного тока смещения ОУ было меньше напряжения смещения нуля ОУ

.

По заданному коэффициенту усиления с обратной связью рассчитывается и

,

,

и выбираются их номинальные значения, исходя из ряда элементов, расположенных на рабочем поле макета.

После расчета и выбора элементов схемы определим входное и выходное сопротивления усилителя с обратной связью

,

,

где - коэффициент обратной связи;

- коэффициент усиления ОУ.

Частота верхнего среза определяется выражением:

,

где - частота единичного усиления.

Параметры операционного усилителя приведены в таблице …

3. Собрать схему рассчитанного усилителя (рис.3) на макете.

Рис.3. Усилитель постоянного тока

Рассчитанная схема создаётся на рабочем поле макета путем выбора элементов и их соединения в соответствии с принципиальной схемой. Соединение производится с помощью специальных проводников.

Балансировка ОУ представляет собой операцию по компенсации напряжения смещения в ОУ. Балансировка производится с помощью потенциометра R4, начало и конец которого подключены на входы R ОУ, а средний вывод – на отрицательный полюс источник питания -Uп. Для балансировки входы ОУ заземляются, и с помощью потенциометра R4 устанавливается напряжение U_вых=0. Балансировка позволяет компенсировать напряжение смещения в данный момент при действующих дестабилизирующих факторах.

Переменный резистор служит для коррекции нуля операционного усилителя, его сопротивление равно 10 кОМ; он включается в соответствии со схемой (рис. 4).

Рис.4. Схема коррекции нуля ОУ

4. Исследовать усилитель постоянного тока, сняв амплитудную, амплитудно-частотную и фазовую характеристики усилителя. Определить верхнюю частоту среза и фазовый сдвиг на этой частоте ( ).

Для исследования усилителя постоянного тока собирается схема (рис.5).

Рис.5. Схема для исследования усилителя постоянного тока

В этой схеме Ег - генератор низкочастотный Г3-36А, V1 – милливольтметр В3-38, V2 – вольтметр универсальный В7-28, Y – вход осциллографа.

Перед экспериментом необходимо произвести коррекцию нуля операционного усилителя, Для этого установить Ег=0, переключить V2 в режим измерения постоянного напряжения, и вращая ручку потенциометра R4 (рис.3), установить напряжение на выходе U2=0.

При снятии амплитудной характеристики к входу усилителя подсоединить генератор Г3-36А, и установить частоту 1 кГц и напряжение 10 мВ. На выход подключить мультиметр В7-28 и выбрать соответствующий режим работы. Задаваясь рядом значений напряжения , в соответствии с таблицей 2, измерить напряжение на выходе ОУ. По полученным данным построить амплитудную характеристику усилителя. В процессе измерения наблюдать форму выходного сигнала. Отметить, при каком напряжении наблюдается искажения формы сигнала. Объяснить наличие искажений.

Таблица 4

,мВ	10	20	40	80	160	320	620	1240
,мВ

Для снятия амплитудно-частотной и фазовой характеристик усилителя в схеме (рис. 5) на вход Х осциллографа подключить напряжение U2, на вход Y напряжение U1. Задать генератором входное напряжение U1=10 мВ и контролировать его постоянство по вольтметру V1. Напряжение на выходе U2 измерять вольтметром В7-26 в режиме измерения переменного напряжения. Установить частоту генератора 1 кГц, настроить осциллограф, получив на экране наклонную прямую. Задавая ряд значений частоты генератора, в соответствии с таблицей 3, измерять напряжение U2 и размеры эллипса «а» и «А» (рис. 6). Данные измерений занести в таблицу 4.

Рис.6. К определению фазового сдвига φ в усилителе

Рассчитать для заданных частот Кос =U2/U1 и угол сдвига фазы между входным U1 и выходным U2 напряжениями φ=arcsin a/A, данные занести в таблицу 3.

Таблица 4

f, Гц	U2, B	а, мм	A, мм	Koc	φ, град	Кос, dB
50
100
200
500
1000
2000
8000
10000
20000
100000
200000

По результатам расчета построить амплитудно-частотную и фазовую характеристики УПТ, определить верхнюю частоту среза и фазовый сдвиг на частоте верхнего среза . Следует вспомнить, что на частоте среза коэффициент усиления уменьшается в раз от своего максимального значения. Поэтому на АЧХ проводят линию, параллельную оси частот смещенную от максимального значения и находят абсциссу точки пересечения этой линии с ЛАЧХ, как показано на рис. 6. По найденной частоте среза определить фазовый сдвиг .

Рис. 6. Амплитудно-частотная и фазовая характеристики УПТ

5. Рассчитать емкость конденсатора в схеме усилителя с емкостной связью (рис.7).

Рис.7.Усилитель с емкостной связью

Емкость разделительного конденсатора определяется из выражения

.

6. Собрать схему усилителя с емкостной связью и снять амплитудно-частотную и фазовые характеристики усилителя переменного напряжения. Определить нижнюю частоту среза и верхнюю частоту среза и соответствующие им фазовые сдвиги ( ), ( ).

Конденсатор выбирается из группы пассивных элементов на рабочем поле макета, большим или равным рассчитанному, и включается последовательно с резистором .

Амплитудно-частотная и фазовые характеристики строятся также, как в пункте 4 (рис. 8). По построенным характеристикам графически находим частоты среза и сравниваем их с заданными.

Рис.8. Амплитудно-частотная и фазовые характеристики

усилителя с емкостной связью