4. Порядок выполнения работы

4.1. Соберите схему для исследования характеристик и параметров операционного усилителя (рис. 23). Источники напряжения и символ заземления находятся в группе «Sources» (второй ряд сверху на панели инструментов), операционные усилители – в группе «Analog ICs», амперметр и вольтметр – в группе «Indicators».

На схеме рис. 23:

• источник V1 – источник входного сигнала по инвертирующему входу;

• источник V2 – источник входного сигнала по неинвертирующему входу;

• источник V3 – источник входного синфазного сигнала;

• источники V4 и V5 – источники питания операционного усилителя;

• амперметр M1 измеряет входной ток операционного усилителя;

• вольтметр M2 измеряет выходное напряжение операционного усилителя.

Тип операционного усилителя выберите из табл. 3 согласно номеру рабочего места. Все операционные усилители можно найти в библиотеке «lm1xx».

Таблица 3

Номер рабочего места	1	2	3	4	5
Тип ОУ	LM101	LM101A	LM107	LM124	LM124A

Номер рабочего места	6	7	8	9	10
Тип ОУ	LM143	LM144	LM146	LM148	LM158

Амперметр и вольтметр должны быть установлены в режим постоянного тока (Mode DC на закладке «Value» в окне свойств элемента).

4.2. Измерьте входной ток операционного усилителя I_ВХ при нулевом напряжении на входе, для чего установите нулевое напряжение источников V1 – V3 (0 мкВ) и снимите показания амперметра M1.

4.3. Снимите передаточную характеристику операционного усилителя по инвертирующему входу

U_ВЫХ = f(U _ВХ1 ),

где U_ВЫХ – выходное напряжение операционного усилителя (вольтметр М2);

U_ВХ1 – напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя (источник V1).

При снятии характеристики придерживайтесь следующего порядка действий:

• установите нулевое напряжение источников V2 и V3;

• последовательно задавая входное напряжение U_ВХ1 (источник V1) в диапазоне от минус 500 до +500 мкВ, фиксируйте показания вольтметра М2. Результаты эксперимента сведите в таблицу;

• постройте график передаточной характеристики операционного усилителя по инвертирующему входу.

4.4. Снимите передаточную характеристику операционного усилителя по неинвертирующему входу:

U_ВЫХ = f(U _ВХ2 ),

где U_ВХ2 – напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя (источник V2).

При снятии характеристики придерживайтесь следующего порядка действий:

• установите нулевое напряжение источников V1 и V3;

• последовательно задавая входное напряжение U_ВХ2 (источник V2) в диапазоне от минус 500 до +500 мкВ, фиксируйте показания вольтметра М2. Результаты эксперимента сведите в таблицу;

• постройте график передаточной характеристики операционного усилителя по неинвертирующему входу.

4.5. Определите напряжение смещения операционного усилителя U_СМ, для чего, изменяя напряжение на неинвертирующем входе U_ВХ2 (источник V2) при нулевых напряжениях источников V1 и V3, добейтесь нулевого напряжения на выходе операционного усилителя. Этот процесс называют балансировкой операционного усилителя. Напряжение смещения U_СМ будет равно напряжению источника V2.

4.6. Определите коэффициент усиления операционного усилителя по дифференциальному сигналу K_U = ΔU_ВЫХ / ΔU_ВХ1, при этом усилитель должен быть отбалансирован (сохраните напряжение источника V2, полученное в п. 4.5), а синфазное напряжение (источник V3) равно нулю. Приращение напряжения ΔU_ВХ1 источника V1 должно быть таким, чтобы приращение напряжения на выходе усилителя ΔU_ВЫХ ≈ 1 В.

4.7. Определите коэффициент передачи операционного усилителя по синфазному сигналу K_U.СФ = ΔU_ВЫХ / ΔU_ВХ.СФ, при этом усилитель должен быть отбалансирован (сохраните напряжение источника V2, полученное в п. 4.5), а дифференциальное напряжение (источник V1) равно нулю. Приращение напряжения синфазного сигнала ΔU_ВХ.СФ (источник V3) должно быть равно приращению дифференциального сигнала, полученному в п. 4.6.

4.8. Рассчитайте коэффициент ослабления синфазного сигнала

K_ОС.СФ = 20 lg(K_U / K_U.СФ ).

4.9. Соберите схему инвертирующего усилителя (рис. 24). Резисторы находятся в группе «Basic», а осциллограф – в группе «Instruments». Вольтметр М1 должны быть установлен в режим измерения переменного напряжения (Mode AC на закладке «Value» в окне свойств элемента).

4.10. Определите коэффициент усиления по напряжению K_U на частоте 1 кГц, для чего установите входное напряжение усилителя U_ВХ = 500 мВ (источник V1) и измерьте выходное напряжение усилителя U_ВЫХ (вольтметр М1). Включите осциллограф и убедитесь, что усилитель не искажает форму сигнала. Для включения осциллографа совместите указатель мыши с его изображением на схеме, и дважды нажмите левую клавишу мыши. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению K_U = U_ВЫХ / U_ВХ. Сравните полученное з начение с теоретическим.

4.11. Соберите схему неинвертирующего усилителя (рис. 25).

4.12. Определите коэффициент усиления по напряжению K_U на частоте 1 кГц, для чего установите входное напряжение усилителя U_ВХ = 500 мВ (источник V1) и измерьте выходное напряжение усилителя U_ВЫХ (вольтметр М1). Включите осциллограф и убедитесь, что усилитель не искажает форму сигнала. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению K_U = U_ВЫХ / U_ВХ. Сравните полученное значение с теоретическим.

4.13. Соберите схему дифференциального усилителя (рис. 26).

4.14. Определите коэффициент усиления по дифференциальному сигналу K_U на частоте 1 кГц, для чего установите входное дифференциальное напряжение усилителя U_ВХ = 500 мВ (источник V1) и измерьте выходное напряжение усилителя U_ВЫХ (вольтметр М1) при нулевом синфазном напряжении (источник V2). Включите осциллограф и убедитесь, что усилитель не искажает форму сигнала. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению K_U = U_ВЫХ / U_ВХ. Сравните полученное значение с теоретическим.

4.15. Определите коэффициент передачи синфазного сигнала K_U.СФ на частоте 1 кГц, для чего установите входное синфазное напряжение усилителя U_ВХ.СФ = 500 мВ (источник V2) и измерьте выходное напряжение усилителя U_ВЫХ (вольтметр М1) при нулевом дифференциальном напряжении (источник V1). Рассчитайте коэффициент передачи синфазного сигнала K_U.СФ = U_ВЫХ / U_ВХ.СФ.

4.16. Рассчитайте коэффициент ослабления синфазного сигнала

K_ОС.СФ = 20 lg (K_U / K_U.СФ).