4.2. Определение амплитудно-частотной характеристики (ачх) иу

Основные соотношения

Коэффициент усиления усилителя с ООС на ОУ согласно (14) равен:

К^ООС = А/(1 + А).

Для скорректированного ОУ (со спадом АЧХ 20 дБ/дек) коэффициент усиления А в соответствии с (8) зависит от частоты следующим образом:

А = А₀/[1 + j(/_ср)].

Учитывая это, можно получить:

К^ООС(f) = /[1 + (f / )], (34)

причем:

= А₀/(1 + А₀), (35)

= f_ср(1 + А₀)  А₀f_ср, (36)

где – коэффициент усиления усилителя с ООС на нулевой частоте (по постоянному току),

– частота среза усилителя с ООС.

Как следует из (34)-(36), частота среза усилителя с ООС, а следовательно, и его эффективная полоса пропускания, увеличилась в (А₀) раз по сравнению с полосой пропускания ОУ.

Петлевое усиление (А₀) – это разность в децибелах между коэффициентом усиления ОУ (без обратной связи) и коэффициентом усиления усилителя с ООС (рисунок 12). Это также следует из выражения:

А₀[дБ] = (А₀/ )[дБ] = А₀[дБ] – [дБ] = А₀[дБ] – [дБ].

Рисунок 12 – Зависимость коэффициента усиления ОУ

и усилителя с ООС от частоты

Произведение коэффициента усиления усилителя с ООС на его полосу пропускания с учетом (35), (36) и (13) равно:

 = А₀ f_ср = f₍₁₎ = const. (37)

Соотношение (37) справедливо только для усилителей со спадом АЧХ 20дБ/дек.

Соотношение (37) дает возможность определить, какой частью коэффициента усиления необходимо пожертвовать для получения желаемой полосы пропускания.

Эксперимент

1. При выключенном приборе КУЛ-1 собрать на макете схему ИУ, рисунок 11.

Номиналы резисторов: R₁ = 12 кОм,

R₂ = 110 кОм,

R₃ = 12 кОм.

2. Вычислить расчетное значение К_расч ИУ.

3. При отключенном от макета кабеле 1 включить прибор КУЛ-1 и установить на выходе генератора синусоидальный сигнал с параметрами:

частота: f = 100 Гц  10 Гц;

амплитуда: = 500 мВ  50 мВ.

Параметры входного сигнала записать в отчет.

4. Проконтролировать по осциллографу (канал А) заданные параметры сигнала генератора.

5. Подать установленный сигнал на вход схемы, подключив кабелем 1 выход генератора к входу ИУ.

6. Проконтролировать по осциллографу (канал Б) выходной сигнал ИУ. Измерить и записать в таблицу 2 амплитуду выходного сигнала.

Сопоставляя фазы и измеренные амплитуды входного и выходного сигналов, вычислить экспериментальное значение К_эксп ИУ.

Представить письменное сравнение К_эксп и К_расч по величине и знаку.

7. Увеличивая частоту входного сигнала (и контролируя постоянство его амплитуды во всем частотном диапазоне), снять АЧХ ИУ. Экспериментальные данные занести в таблицу 2.

Таблица 2 – Экспериментальные результаты для определения АЧХ ИУ

fвх			0,1fср			fср*			10fср		f(1)*
fвх, кГц	0,1
lg(fвх, Гц)
, В
Кэксп
Кэксп, дБ

*АЧХ в области f_ср снять с разрешением, достаточным для выявления особенностей характеристики.

8. Используя соотношение (37) и полученные экспериментальные значения К_эксп ИУ и f_ср, вычислить теоретическое значение частоты единичного усиления f₍₁₎ и сравнить его с экспериментальным значением из таблицы 2.

9. Повторить пункты 1-8 эксперимента для ИУ с другим коэффициентом усиления, предварительно изменив номинал резистора R₂ и амплитуду входного сигнала.

Номиналы резисторов: R₁ = 12 кОм,

R₂ = 560 кОм,

R₃ = 12 кОм.

Параметры входного сигнала:

частота: f = 100 Гц  10 Гц;

амплитуда: = 100 мВ  10 мВ.

10. Используя данные экспериментов, построить АЧХ первого и второго вариантов ИУ (с различными коэффициентами усиления) на одном графике в логарифмическом масштабе (частота должна быть представлена в декадном масштабе).

12. Отобразить на построенном графике процедуру определения экспериментальных значений частот среза f_ср1 и f_ср2.

13. Записать для каждой АЧХ следующие экспериментальные данные, полученные по графику:

f_ср1; полоса пропускания Δf₁; К_{эксп 1} в полосе пропускания;

f_ср2; полоса пропускания Δf₂; К_{эксп 2} в полосе пропускания.

14. Используя экспериментальные значения К_эксп и f_ср для двух рассмотренных ИУ, проверить выполнение соотношения (37):

К_эксп1f_ср1 = К_эксп2f_ср2.

15. Письменно объяснить поведение АЧХ, а также факт выполнения или невыполнения соотношения (37).

16. Получить АЧХ для двух вариантов ИУ путем моделирования с применением программы EWB. Сравнить их с экспериментальными графиками.