4 Зависимость коэффициента усиления оу и фазового смещения от частоты

В операционном усилителе, как и в другой многокаскадной схеме начиная с какой-то частоты, наблюдается уменьшение коэффициента усиления, связанное с том, что каскад усиления для сигналов от источника, которой имеет конечный импеданс, является емкостной нагрузкой. Большой входной импеданс входного каскада, емкость перехода транзисторов, а также емкость обратной связи следующего каскада, образуют RC-фильтр низких частот. Спад коэффициента усиления на -3 дБ для такого фильтра лежит в диапазоне 10…10000 Гц, в зависимости от типа ОП. Уменьшение реактивного сопротивления емкости при увеличении частоты вызывает появление спада характеристики с наклоном 6 дБ/декаду. На достаточно высоких частотах (которые могут не превышать 1 кГц) импеданс коллекторной нагрузки имеет емкостный характер, то есть спад обратно пропорционалty частоте. Кроме того, выходной сигнал смещается по фазе на 90⁰ относительно входного. Следующий каскад усиления может привести к возникновению следующих точек пересечения характеристики, тогда наклон ее равняется уже 12 дБ/декаду и т.д. (рис.6.4). А угол смещения фаз достигает уже 180⁰ (рис.6.4).

В таком случае возникает проблема стабильности усилителя, поскольку, если его включить, как повторитель с коэффициентом усиления 1, то при некоторой частоте фазовое смещение достигнет 180⁰, тогда как коэффициент усиления может быть несколько более 1, то есть возникнет вместо отрицательной обратной связи, положительная обратная связь и в усилителе возникнут автоколебания (самовозбуждение). Вот почему современные ОУ имеют внутренние цепи коррекции.

Увеличение степени отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления, но повышает частотную полосу усилителя (см. рис.6.3).

Контрольные вопросы

1. Какие предположения верны для идеального усилителя?

2. Начертите принципиальные схемы инвертирующего, неинвертирующего усилителя и повторителя напряжения.

3. Чем определяются коэффициенты усиления схемы инвертирующего, неинвертирующего усилителя?

4. Чем определяется входное сопротивление инвертирующего и неинвертирующего усилителя?

5. Назовите и объясните основные параметры реального ОУ.

6. Объясните ход АЧХ ОУ без обратной связи.

7. Как изменяется полоса пропускания усилителя на базе ОУ при увеличении коэффициента усиления?

8. Что может вызывать “самовозбуждение” ОУ?

9. Что такое полоса пропускания операционного усилителя? От чего она зависит?

10. Чем отличается реальный операционный усилитель от идеального?

Лабораторная работа № 7 исследование основных типов мультивибраторов, применяемых в системах управления

Цель работы: ознакомиться с принципом работы мультивибратора на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями, мультивибратором на основе операционного усилителя и мультивибратором на логических элементах.

Лабораторные схемы

Схема лабораторного стенда для исследования мультивибраторов приведена на рис.7.1. С помощью такого стенда можно исследовать мультивибраторы, построенные на биполярных транзисторах, операционном усилителе и логических элементах.

В мультивибраторе на биполярных транзисторах изменять зарядную емкость С1 (перемычка 2), разрядный резистор (перемычка 3) и разрядный диод (перемычка 1).

В мультивибраторе на операционном усилителе имеется возможность изменять зарядную емкость С8 (перемычка 7), сопротивление отрицательной обратной связи R15 (перемычка 6) и степень положительной обратной связи (перемычка 8).

В мультивибраторе на логических элементах имеется возможность изменять значение зарядной емкости (перемычка 9).