Масштабний підсилювач

МЕТА РОБОТИ: Дослідження впливу зовнішніх елементів операційного підсилювача на основні показники: коефіцієнт підсилення, вхідний опір, амплітудну, амплітудно-частотну та перехідну характеристики підсилювача.

ОБЛАДНАННЯ: С1-73 - електронно-променевий осцилограф; ГНЧ - генератор низької частоти; ГПИ - генератор прямокутних імпульсів; МВ - мілівольтметр; АВО - ампервольтомметр; монтажний модуль з трафаретом схеми; набір провідників, постійних і змінних резисторів та коротко-замикаючих перемичок.

ОПИС ДОСЛІДЖУВАНОЇ СХЕМИ

Принципова електрична схема макета підсилювального пристрою аналогічна тій, що використовувалась в попередній роботі. Гнізда елемента закорочені. Зовнішні елементи в досліджуваній схемі утворюють коло паралельного від’ємного зворотнього зв’язку по напрузі.

32

6. Звіт з лабораторної роботи виконується кожним студентом індивідуально та повинен бути оформлений згідно з вимогами.

2. Інструкції до виконання лабораторних робіт

Лабораторна робота №1

Ланка вiна

МЕТА РОБОТИ: дослідження амплітудно-частотної (АЧХ) і фазо-частотної (ФЧХ) характеристик ланки Віна.

ОБЛАДНАННЯ: С1-73 - електронний осцилограф; ГНЧ - генератор низької частоти; ИВ - індикатор виходу; МВ - мілівольтметр; монтажний модуль з трафаретом електричної схеми; набір провідників, резисторів та конденсаторів.

ОПИС ДОСЛIДЖУВАЛЬНОЇ СХЕМИ

Принципова електрична схема досліджувальної ланки Віна приведена на рис.1 даної роботи та на трафареті монтажного модуля. Монтаж схеми здійснюється шляхом встановлення резисторів та конденсаторів у відповідні гнізда монтажного модуля згідно програми роботи.

21

Рис.1. Принципова електрична схема ланки Віна.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

1.Для заданих значень визначити частоти .

2.За допомогою ЕОМ розрахувати АЧХ та ФЧХ ланки Віна для двох випадків: 1) та 2) .

Значення частот доцільно задавати згідно логарифмічної шкали, через октаву чи інші величини, що властиві логарифмічному масштабу.

МЕТОДИЧНI ВКАЗIВКИ

1.Для побудови АЧХ і ФЧХ необхідно провести розрахунок (дом. завдання) і зняти експериментальні дані не менше ніж для 11 значень частоти, серед яких обов’язково повинні бути і частоти, де . Більш густо потрібно взяти значення частот в околі .

22

ФЧХ
ab
ac


Таблиця 3

Rвх, КОм	Rвих, Ом	К0	К0, дБ	f0, кГц	D	D, дБ	КU,дБ 1decade	КU,дБ 1octave

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

Звіт повинен містити: принципову електричну схему досліджуваного пристрою; заступну схему підсилювача в області середніх частот з позначеними величинами її елементів; таблиці експериментальних даних; відповідні графіки АХ, АЧХ, ФЧХ (АЧХ та ФЧХ повинні бути побудовані в напівлогарифмічному масштабі), а також ЛАЧХ; осцилограми до перехідної характеристики; таблицю параметрів підсилювача (табл. 3 додатку 2); висновки.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Означення підсилювача. Заступна схема.

2.Означення основних показників підсилювального пристрою. Як їх визначити експериментально?

3.Режим малого сигналу.

4.Напівлогарифмічний та логарифмічний масштаби. Логарифмічні одиниці.

31

12.По побудованій АХ визначити динамічний діапазон підсилювача ( ), а по АЧХ – її крутизну в області високих частот. Дані занести в табл.3.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

1.Під час роботи користуватись осцилографом каліброваним по амплітуді та по часу розгортки.

2.При дослідженні АХ врахувати, що у випадку синусоїдального сигналу МВ вимірює ефективні значення напруги ( ), а осцилограф - амплітудні ( ): ,

де - амплітуда синусоїди.

Для визначення динамічного діапазону підсилювача ( ) необхідно на АХ знайти мінімальні та максимальні значення напруг ( та ), що обмежують лінійний участок характеристики.

3.Перед кожним вимірюванням опору перевіряти баланс та «електричний» нуль АВО.

Таблиця 1

АХ
Uвх,мВ
Uвих,мВ

Таблиця 2

АЧХ
f,кГц			fН				f0				fВ
Uвих,В
КU
КU, дБ

2.На початку вимірювань необхідно встановити на ГНЧ ручкою «АМПЛИТУДА» і визначити за допомогою МВ значення , та підтримувати його на протязі всього експерименту постійним.

3.При вимірюванні величини слід користуватись методом еліпса, а для встановлення знаку - методом лінійної розгортки, причому це достатньо зробити тільки на частотах та .

ПРОГРАМА РОБОТИ

1.Зібрати на монтажному модулі ланку Віна для випадку .

2.Вхід досліджуваної ланки (гнізда Х1,Х2) з’єднати з виходом ГНЧ (гнізда 1:1 і корпус  відповідно).

3.Вихід досліджуваної ланки (гнізда Х4,4) з’єднати з виходом МВ.

4.Гнізда Х3,Х5 з’єднати з вертикальним, а Х1 - з горизонтальним входами С1-73.

5.Увімкнути С1-73, 87Л-01, ГНЧ, МВ, ЧМ.

6.Змінюючи частоту ГНЧ, контроль значення якої ведеться по ИВ в режимі ЧМ, зняти покази МВ ( ), і характерні відрізки еліпса на екрані осцилографа, а також відрізки та (метод лінійної розгортки). Одержані дані занести в табл.1

7.Замінити конденсатори, згідно умови .

8.Повторити п.6.

23

Таблиця 1

АЧХ
f,кГц			fН			f0				fВ
Uвих,В
|K|
ФЧХ
2Y0
2B

ФЧХ
f,кГц			fН			f0			fВ
ab
ac


ОФОРМЛЕННЯ ЗВIТУ

Звіт повинен містити: електричну схему з пронумерованими вузлами; теоретичні формули; таблиці експериментальних і розрахункових даних; відповідні графіки АЧХ і ФЧХ, виконані в напівлогарифмічному маштабі; висновки.

КОНТРОЛЬНI ЗАПИТАННЯ

1.Означення комплексного коефіцієнта підсилення, амплітудно-частотної та фазо-частотної характеристик. Принципи електричної схеми ланки Віна.

2.Рівняння АЧХ і ФЧХ ланки Віна. Означення та як їх визначити?

3.Як будується напівлогарифмічний масштаб?

4.Що таке коефіцієнт частотних перекручень?

9.Визначення . На частоті добитись чіткої неспотвореної осцилографами у вигляді синусоїди та виміряти . Замінити КЗ-перемичку в гніздах на змінний резистор з номіналом порядку і міняючи його величину добитись зменшення вхідного сигналу в два рази.

Увімкнути та відкалібрувати АВО. Виміряти значення опору змінного резистора і записати його в графу табл.3.

10.Визначення . На місце елемента встановити КЗ-перемичку. В гнізда елемента встановити змінний резистор номіналом . Змінюючи його величину добитись зменшення при неспотвореній осцилограмі. Якщо присутні спотворення, то слід зменшити величину вхідного сигналу. Заміряти (вихідна напруга при навантаженні ) та (вихідна напруга в режимі холостого ходу, тобто без навантаження), а також величину . За формулою розрахувати . Результат занести в табл.3.

11.Дослідити перехідну характеристику: на вхідний затискач підсилювача (1,) подати сигнал з виходу ГПИ і замалювати осцилограми вхідного та вихідного сигналів при різній полярності імпульсів з ГПИ. Зовнішню синхронізацію осцилографа здійснювати вихідними імпульсами ГПИ. Визначити довжину фронту вихідного сигналу . На осцилограмах приводити координатну сітку та ціну однієї поділки.

5.Як впливає зміна елементів ланки Віна на хід (вид) АЧХ та величину коефіцієнту частотних перекручень?

4.Вхід осцилографа під’єднати до вихідного затискача підсилювального пристрою (гнізда 2, ), а гніздо зовнішньої синхронізації (1:1) - до гнізда “сх” ГНЧ. Перевести осцилограф в режим лінійної розгортки (тумблер розгортки в положення ) та зовнішньої синхронізації (тумблер синхронізації в положення ·).

5. Увімкнути стенд і переконатись в роботі підсилювача: змінюючи амплітуду сигналу на виході ГНЧ добитися осцилограми у вигляді синусоїди.

6.Встановити частоту вихідного сигналу ГНЧ , контролюючи її за допомогою частотоміра. Зняти амплітудну характеристику, змінюючи ручкою АМПЛИТУДА на ГНЧ. Мінімальні значення напруг вимірювати при закороченому вході. Дані занести в табл. 1.

Увага, вимірюється за допомогою МВ, а - осцилографа (див. методичні вказівки, п. 2).

7. Перевірити чи працює підсилювач в режимі малого сигналу. Встановити та з’єднати вхід МВ з гніздом Х2. Зняти амплітудно-частотну характеристику, контролюючи вихідний сигнал за допомогою МВ, а частоту - за допомогою ИВ в режимі ЧМ. При дослідженні АЧХ використовувати метод еліпса для визначення резонансної частоти , для чого перемкнути тумблер розгортки в положення . Дані занести в табл. 2.

8. Методом лінійного розгортки дослідити фазо-частотну характеристику. (Осцилограф увімкнений як в п.4) Дані занести в другу частину табл.2.

6.Який зв’язок між АЧХ і ФЧХ для ланки Віна?

7.Як визначити смугу пропускання та добротність ланки, яка має одногорбий характер АЧХ?

Лабораторна робота №2