3. Теория метода и описание лабораторной установки

(См. лабораторную работу №1)

4. Порядок выполнения работы

(См. лабораторную работу №1)

5. Задание на лабораторную работу

5.1. После ознакомления с установкой включите приборы.

5.2. Снимите амплитудно-частотную характеристику каскада с ООС последовательной по току и без ООС (S3 и S4 – выключены и включены, соответственно).

5.3. Снимите амплитудно-частотную характеристику усилителя с ООС параллельной по напряжению и без ООС (S5 включен и выключен).

5.4. Снимите амплитудно-частотную характеристику эмиттерного повторителя.

5.5. Для трех исследованных видов обратных связей, по АЧХ определите среднюю частоту полосы пропускания (частоту квазирезонанса) и снимите амплитудные характеристики каскадов с отрицательными обратными связями на этой частоте.

5.6. Для каскадов с ООС последовательной по току и параллельной по напряжению проведите анализ изменения выходного сопротивления при введении обратных связей. Для этого при ООС и при выключенной ООС проведите измерения U_вых1 и U_вых2, соответствующие подключению сопротивлений нагрузки R_н1=10кОм и R_н2=1кОм.

Выходное сопротивление находится из соотношения:

.

6. Содержание отчета

(См. лабораторную работу №1)

7. Контрольные вопросы

7.1. Что такое обратная связь и как она влияет на коэффициент передачи усилителя?

7.2. Какие существуют виды обратных связей в усилительных устройствах?

7.3. Как влияют обратные связи на характеристики усилителей?

7.4. Как изменяется АЧХ усилителей при введении частотно зависимых ООС? Поясните на примерах.

7.5. Какие меры необходимо принимать при введении обратных связей в многокаскадных усилителях для обеспечения их устойчивости?

Лабораторная работа №3 исследование схем на операционных усилителях

1. Цель работы

В данной работе исследуется применение операционных усилителей (ОУ) для линейного усиления, дифференцирования, интегрирования сигналов и для генерирования меандровых колебаний. Целью работы является изучение построения устройств, выполняющих эти функции на основе операционного усилителя.

2. Основные теоретические положения

ОУ называют высококачественный дифференциальный усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления.

ОУ обладает большим (десятки мегом) входным сопротивлением (R_вх), большим коэффициентом усиления (К₀) (10⁴+ 10⁵ и более), полосой пропускания от нуля до ƒ_max.

Схема операционного усилителя приведена на рис.1.

ОУ имеет инвертирующий вход (I), изменение потенциала (U-) на котором приводит к противофазному изменению выходного напряжения (U_вых), и неинвертирующий вход (2), изменение потенциала (U+) на котором приводит к синфазному изменению напряжения на выходе.

Для упрощения расчетов ОУ идеализируют, принимая

К₀=∞, R_вх=∞, R_вых=0.

С учетом этих предположений можно считать, что U_вх=U₊ - U_-=U_вых/К₀=0, т.е. напряжение на дифференциальном входе ОУ практически равно нулю.

ОУ используются как масштабирующие, инвертирующие и неинвертирующие усилители, сумматоры, интеграторы, дифференциаторы, а также в генераторах и компараторах.

2.1. Инвертирующий масштабирующий усилитель

Схема инвертирующего усилителя приведена на рис.2.

Так как входной ток I₁ ОУ равен нулю, то можно считать:

,

где U_г – напряжение генератора,

т.к. U_-=U₊=0, то , а .

2.2. Неинвертирующий масштабирующий усилитель

Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис.3.

Учитывая, что ; U_вх=0, U-=U+=Uг,

можно получить соотношение:

.

2.3. Суммирующий усилитель

Схема суммирующего усилителя приведена на рис.4.

Так как входной ток ОУ отсутствует, то по первому закону Кирхгофа можно записать

.

Следовательно,

,

т.е. схема обеспечивает весовое суммирование входных сигналов.

2.4. Дифференцирующий (рис.5) и интегрирующий (рис.6) усилители

П ренебрегая входным током ОУ, для дифференцирующего усилителя можно записать , U-=0, .

Рассуждая аналогично, для интегрирующего усилителя имеем .

Откуда .

Приведенные схемы осуществляют преобразование входных сигналов с погрешностью примерно в К₀ раз меньше, чем обычные интегрирующие и дифференцирующие RC-цепи.

2.5. Мультивибратор на ОУ (рис.7)

Допустим, что напряжение на выходе принимает максимальное положительное значение. Напряжение Uг на инвертирующем входе имеет значение , а U_- начинает увеличиваться на меру заряда емкости С с постоянной времени = RC, U_-=Uвых(1-exp(-t/ )) до тех пор, пока U_-<U₊ на выходе ОУ сохраняется положительное напряжение. При превышении U_- величины U₊ напряжение на выходе меняет знак, и емкость начинает разряжаться. Напряжение на выходе ОУ остается отрицательным до тех пор, пока U_->U₊, т.е. напряжение на емкости остается больше напряжения на инвертирующем входе.

Осциллограммы напряжений на выходе и входах ОУ показаны на рис.8.

.

На осциллограммах условно показано, что выходное напряжение достигает значений питающих напряжений .