2. Порядок выполнения работы

2.1. Схема RC – генератора с мостом Вина, собранная в пакете «Electronics Workbench» приведена на рис 11.2.

Рисунок 11.2. – Схема RC – генератора с мостом Вина

Установить соответствие частоты на выходе генератора параметрам цепи. Для этого рассчитать значения емкостей и резисторов, обеспечивающих возникновение колебаний. Сравнить полученные результаты с экспериментальными данными. Сделать выводы.

Зарисовать форму выходного сигнала. Объяснить причины ее отличия от синусоидальной.

Исследовать степень нестабильности напряжения на нагрузке. С помощью вольтметра измерить действующее значения напряжения U_х.х1 на выходе генератора без нагрузки. Затем между выходом ОУ и общей шиной подключить нагрузочный резистор номиналом 500 Ом. С помощью вольтметра измерить действующее значения напряжения U_н в нагрузке. Определить изменение напряжения U₁ :

U₁ = U_х.х1 – U_н.₁.

Снять и построить нагрузочную характеристику генератора Uн=f(Iн) для Rн=100; 200; 300; 400 и 500 Ом. Установить время возбуждения генератора.

2.2. Исследовать генератор с инерционно-нелинейной цепью отрицательной обратной связи.

Схема RC – генератора с инерционно-нелинейной цепью отрицательной обратной связи, собранная в пакете «Electronics Workbench» приведена на рис 11.3.

Рисунок 11.3. – Схема RC – генератора с инерционно-нелинейной цепью отрицательной обратной связи

Установить соответствие частоты на выходе генератора параметрам цепи. Для этого рассчитать значения емкостей и резисторов, обеспечивающих возникновение колебаний. Сравнить полученные результаты с экспериментальными данными. Сделать выводы.

Зарисовать форму выходного сигнала. Сравнить формы выходного сигнала в схемах генератора с мостом Вина и генератора с инерционно-нелинейной цепью отрицательной обратной связи. Установить время возбуждения генератора. Объяснить отличия.

Исследовать степень стабилизации напряжения на нагрузке. С помощью вольтметра измерить действующее значения напряжения U_х.х. на выходе генератора без нагрузки. Затем между выходом генератора и общей шиной подключать нагрузочные резисторы номиналами 500; 400; 300; 200 и 40 Ом. С помощью вольтметра измерить действующее значения напряжений в нагрузке U_н. Определить изменение напряжения U₂ :

U₂ = U_х.х.2 – U_н.₂ .

Построить нагрузочную характеристику генератора. Сравнить значения U₂ и U₁, угла наклона нагрузочных характеристик и объяснить отличия.

3. Содержание отчета

1. Схемы эксперимента.

2. Осциллограммы схем RC – генераторов с мостом Вина и с инерционно-нелинейной цепью отрицательной обратной связи, установление времени возбуждения.

3. Теоретические расчеты параметров колебаний и сравнение их с экспериментальными данными.

4. Расчеты изменения напряжений в нагрузке для рассмотренных схем, нагрузочные характеристики с объяснением причин полученных расхождений.

5. Выводы по работе.

4. Контрольные вопросы

1. Указать цепи обратной связи RC – генератора.

2. Определит назначение лампы в схеме RC – генератора с инерционно-нелинейной цепью отрицательной обратной связи.

3. Указать способ регулировки периода колебаний в рассмотренных схемах генераторов.

Лабораторная работа № 12

Исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителей на базе операционных УПТ с использованием пакета “Electronics Workbench”

Цель работы: используя пакет прикладных программ “Electronics Workbench”, определить коэффициенты усиления, входные и выходные сопротивления инвертирующего и неинвертирующего усилителей и исследовать схемы частотной коррекции.

1. Теоретическая часть

Входное сопротивление инвертирующего усилителя (рис.12.1) определяется значением резистора R₁ , так как потенциал точки 1 по отношению к общей шине (точка 0) стремится к нулю, если коэффициент усиления операционного УПТ велик (К) [1-6]. Точку 1 условно называют « виртуальный нуль».

Это можно также объяснить действием цепи отрицательной обратной связи со сложением токов, которая снижает входное сопротивление усилителя. При больших значениях фактора отрицательной обратной связи сопротивление усилителя R₁₀ 0/ Коэффициент усиления по напряжению определяется выражением:

.

Знак минус перед модулем коэффициента усиления означает, что усилитель обеспечивает фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением 180⁰.

Выходное сопротивление R_{вых.инв} усилителя определяется с учетом отрицательной обратной связи R_вых определяется по справочнику и приближенно составляет величину R_{вых.инв}  500 Ом; с учетом обратной связи по напряжению выходное сопротивление усилителя определяется выражением:

,

где  – фактор обратной связи, (=R₁/(R₂+R₁));

K_xx – коэффициент усиления операционного усилителя в режиме холостого хода, (K_xx ≈ 10³ – 10⁴).

При таких параметрах R_{вых.инв} составляет десятки Ом.

Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис.12.2.

Аналогично инвертирующему усилителю, определяются параметры неинвертирующего усилителя.

Коэффициент усиления ОУ по напряжению:

.

Входное сопротивление R_вх.ус неинвертирующего усилителя:

• при отсутствии обратной связи входное сопротивление ОУ определяется по справочнику и составляет порядка 10 кОм – 1МОм в зависимости от его типа;

• отрицательная обратная связь со сложением напряжений в неинвертирующем усилителе приводит к увеличению его входного сопротивления Rвх.ус.:

,

где Rвх.оу – справочное значение входного сопротивления ОУ;

 – коэффициент передачи цепи обратной связи; определяемый по формуле:

;

Кu.xx – коэффициент усиления усилителя по напряжению в режиме холостого хода.

Выходное сопротивление Rвых неинвертирующего усилителя не отличается от инвертирующего, так как в обеих используется ООС по напряжению, которая снижает выходное сопротивление:

.