I.6. Интегрирующий усилитель
Это устройство в котором входное и выходное напряжение связано соотношением
.
(10)
Простейшим интегрирующим цепям (например RC - цепям) аналогичны недостатки предыдущего устройства. Схема интегрирующего усилителя на ОУ приведена на рис.1.8. Считая ОУ идеальным можно записать Uвх = RIвх и Uвых=Uс , а учитывая, что Iвх=-Iос=СdUвх/dt , то получим Uвх/R=-СdUвых/dt . Следовательно:
,
(11)
где RС= - постоянная времени интегрирующего усилителя.
Коэффициент передачи интегрирующего усилителя определяется выражением
К(j) = Uвых/ Uвх = (j)-1 =K() e j(), (12)
где K() =( )-1 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); () =- /2 - фазово-частотная характеристика (ФЧХ) коэффициента передачи интегрирующего усилителя.
2. Задания на теоретические расчеты
До проведения расчетов необходимо изучить раздел I настоящих указаний. При проведении расчетов ОУ считать идеальным.
ЗАДАНИЕ 1. Рассчитать коэффициент усиления инвертирующего усилителя (рис.3), приняв R1=10кОм, R2=100кОм.
ЗАДАНИЕ 2. Рассчитать выходное напряжение неинвертирующего усилителя (рис.4), приняв R1=10кОм, R2=100кОм, Uвх=100мВ.
ЗАДАНИЕ 3. Рассчитать выходное напряжение дифференциального усилителя (рис.6), приняв R1=R2=10кОм, R3=R4=100кОм, Uвх1=Uвх2=1В.
ЗАДАНИЕ 4. Рассчитать и построить график АЧХ коэффициента передачи дифференцирующего усилителя (рис.7) для диапазона частот (20...20.103)Гц, приняв R=100кОм, С=16нФ.
Нарисовать временную диаграмму выходного сигнала дифференцирующего усилителя считая, что выходной сигнал периодическая последовательность однополярных импульсов с амплитудой 1В, частотой 100Гц.
ЗАДАНИЕ 5. Повторить задание 4 для схемы (рис.8) интегрирующего усилителя, считая R=100кОм, С=16нФ.
3. Задания на экспериментальные исследования и методика их выполнения
ЗАДАНИЕ 1. Исследовать инвертирующий усилитель
1.1. Проверка выполнения соотношения (2):
а) подать на вход усилителя гармонический сигнал с частотой 100 Гц и амплитудой 1В (эффективное значение 0,7В);
б) с помощью амперметров (в режиме измерения переменного тока – АС), измерить токи Iвх, Iос, Iоу;
в) проверить соотношение (2).
1
.2.
Проверить выполнение условия “виртуального
замыкания” входов ОУ.
Рис. 3.1
1.3. Экспериментально определить коэффициент усиления (Кu) инвертирующего усилителя, где Кu=Uвых/Uвх;
а) измерения Кu проводить на частоте 100 Гц при амплитуде входного сигнала 1В;
б) сравнить результаты эксперимента с расчетом.
1.4. зарисовать временные диаграммы входного и выходного сигналов инвертирующего усилителя.
Для получения устойчивой картины на экране осциллографа эксперимент проводить в режиме внутренней синхронизации осциллографа.
Задание 2. Исследовать неинвертирующий усилитель
Собрать схему неинвертирующего усилителя.
2.1. Повторить выполнение пунктов задания 1.4.
Задание 3. Исследовать дифференциальный усилитель
(усилитель разности сигналов)
Собрать схему усилитель разности сигналов.
3.1. Зарисовать временные диаграммы входных Uвх1,Uвх2 сигналов, подав на инвертирующий вход Uвх1 гармонический сигнал с амплитудой 1В и частотой 50 Гц, а на неинвертирующий вход Uвх2 сигнал прямоугольной формы, такой же амплитуды и частоты (Рис.3.2).
Р
ис.3.2
Измерения проводить в режиме синхронизации осциллографа от гармонического сигнала.
3.2. Рассчитать коэффициент ослабления синфазного сигнала. Косс=Uвх/Uвых.
Д
ля
расчета Косс,
объединив входы усилителя разности и
подав на них гармонический сигнал
(Um=1B,
f=100 Гц) от генератора, измерить с помощью
осциллографа амплитуду входного и
выходного сигналов (рис.3.3).
Рис.3.3
Объяснить результат измерения.