I. Исследование усилителя переменного тока на оу.
Рекомендуемое время
120 Минут
1.1. Общие теоретические сведения
Операционные усилители широко применяются для построения инвертирующих усилителей. Усилитель переменного тока работает в режиме малого сигнала и обычно охватывается фильтром в цепи отрицательной обратной связи. Схема усилителя переменного тока приведена на рис. 1.
Рис. 1. Усилитель переменного тока.
На вход усилителя подается синусоидальное входное напряжение Uo(t), которое через резистор R1 поступает на инвертирующий вход ОУ. В цепь обратной связи включен конденсатор С2. На низких частотах входного сигнала комплексное сопротивление цепи отрицательной обратной связи велико, поэтому коэффициент усиления схемы также большой. По мере повышения частоты входного сигнала комплексное сопротивление цепи обратной связи уменьшается, в результате уменьшается и коэффициент усиления. Соответственно при уменьшении частоты входного сигнала коэффициент усиления увеличивается, как следствие увеличивается амплитуда выходного сигнала. Так как величина выходного напряжения усилителя ограничена, то на низких частотах форма выходного напряжения может искажаться. Усилитель начинает работать в режиме ограничения сигнала. Емкость С1 на рис. 1 предназначена для фильтрации высокочастотных помех на входе схемы.
1.2. Исследование усилителя переменного тока на оу средствами сапр
Исходные данные:
ОУ LM 1875.
Задача исследования:
Получить осциллограмму входного и выходного сигналов усилителя, определить по осциллограмме величину коэффициента усиления как отношение амплитуды выходного напряжения к входному.
Исследовать режим ограничения сигнала.
Получить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики усилителя переменного тока.
Схема исследования усилителя переменного тока на ОУ, представлена на рис. 2.
Рис. 2
В схеме исследования усилителя для моделирования источника синусоидальных сигналов используется функциональный генератор. Получение осциллограмм сигналов производится с помощью осциллографа, а расчет амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик цепи производится с помощью измерителя АЧХ и ФЧХ (Боде – Плоттер).
Построение схемы исследования усилителя
Запустите при помощи ярлыка на рабочем столе Windows программу Electronics Workbench.
Последовательно вытащите пиктограммы элементов схемы, в том числе клеммы Uo и U1, и измерительных приборов (располагая их, так как показано на рис. 2), задайте параметры элементов схемы.
Примечание: Модель ОУ LM 1875 находится в библиотеке ОУ lm1xx.
Присвойте элементам во входной и обратной связи метки R1, R2, С1, С2, Uo и U1. С этой целью последовательно откройте диалоговые окна для задания их параметров и перейдите на вкладку Label. В поле Label введите соответствующее обозначение элементов.
Соедините элементы согласно рис. 2. Осциллограф, Боде – Плоттер подключайте в последнюю очередь.
Окрасьте соединительные проводники осциллографа: синим цветом - проводник подключенный ко входу ОУ; красным - к выходу ОУ. С этой целью двойным щелчком мышки на проводнике откройте диалоговое окно задания параметров, а затем щелкните по кнопке Set Wire Color. Щелчком мышки на кнопке требуемого цвета произведите выбор цвета и подтвердите его щелкнув по кнопке ОК.
Двойным щелчком кнопки мыши откройте лицевую панель функционального генератора, произведите установки параметров генератора согласно рис. 3. Закройте изображение лицевой панели.
Рис. 3
Откройте лицевую панель осциллографа. Выберите режим развертки Y/T, при котором на вертикальную ось будут подаваться напряжения входного и выходного сигнала, а по горизонтали – время. Щелкнув по кнопке
выберите режим наблюдения только
сигналов переменного тока. Щелкая по
кнопкам счетчика установки чувствительности
Channel A
и Channel B, установите
чувствительность по каналам согласно
рис. 4.
Рис. 4
Сохраните файл в папке с вашей Фамилией под именем Zan_16_01 .
Запустите (на вход усилителя поступит синусоидальный входной сигнал амплитудой 1 В и частотой 1 кГц) и приблизительно через 10 сек остановите процесс моделирования. Нажмите на кнопку Expand панели осциллографа, чтобы увеличить масштаб изображения.
Измерьте на экране осциллографа амплитуды входного и выходного синусоидальных напряжений (синее - входное напряжение Uo(t), красное – выходное напряжение U1(t)). Для этого установите красный (1) и синий (2) визиры, перемещая их при помощи мышки, в точках максимума входного и выходного напряжений и снимите показания
VA1 - напряжение в точке пересечения красного визира 1 и осциллограммы канала А (синего),
VB2 - напряжение в точке пересечения синего визира 2 и осциллограммы канала B (красного).
По результатам измерений определите экспериментальную величину коэффициента усиления на частоте 1 кГц как отношение амплитуды выходного напряжения к входному и занесите его в Отчет.