3. Описание принципиальной схемы исследуемого усилителя
Макет лабораторной установки с ОУ выполнен на ИС К140УД7 (рис. 5.1). Переключатель схем S1 позволяет образовать схему УПТ без ОС и четыре функциональные схемы ОУ. В положении 1 цепь внешней ОС отключается, сигнал подается на инверсный вход ОУ (вывод 2). В положении 2 переключателя S1 образуется схема МУ, когда на входе включается резистор R5, а в цепь ОС, соединявшую выход ОУ (вывод 6) с инверсным входом, включаются резисторы R11 или R12.
Коммутации этих резисторов позволяют получить коэффициент усиления МУ, равный 100 или 10, в зависимости от позиции переключателя S2.
В положении 3 переключателя S1 в цепь ОС включается емкость С2, а во входную цепь – резистор R5, образуя схему ИУ. Резистор R13 включен в цепь ОС для стабилизации работы усилителя по постоянному току.
В положении 4 в цепь ОС вводится резистор R14, а во входную цепь – конденсатор C1 для образования схемы ДУ. Дополнительный резистор R6 включен во входную цепь ДУ для обеспечения устойчивости при работе на верхних частотах.
В положении 5 операционный усилитель выполняет функцию операционного повторителя напряжения. Входной сигнал в этом случае поступает на прямой вход 3, а цепь ОС, элементом которой является резистор R14, подключается к инверсному входу ОУ (вывод 2).
Схема балансировки включает в себя потенциометр R8 («Уст.0») с дополнительными резисторами R15, R16.
В макете используется ОУ К140УД7 с внутренними цепями частотно-фазовой коррекции, а также цепями защиты по входу и по выходу.
4. Методические указания к выполнению экспериментальной части
4.1. При выполнении эксперимента следует руководствоваться разд. М4.1.1, М4.5, М4.6.
4.2. Установку нуля (балансировку) на выходе ОУ удобно выполнять с помощью осциллографа. Эта операция выполняется при выключенном генераторе сигнала, а ОУ должен быть включен в режим УПТ. Осциллограф включается в двухканальный режим, а переключатели входа каналов устанавливаются в положение «1». Ручками вертикального перемещения «↨» совместить линию развертки обоих каналов со средней линией экрана.
Затем переключатель входа канала II перевести в положение « » (открытый вход), в этом случае сигнал с выхода исследуемого ОУ поступает с постоянной составляющей. В положении малого усиления (5–0,2 V/дел.) канала II ручкой «Уст.0» на панели исследуемого макета снова совместить линию развертки канала II со средней линией экрана осциллографа. После этого можно увеличить чувствительность ручкой «V/дел.» и установить нуль более точно. Однако при очень высокой чувствительности II канала осциллографа луч на экране будет рисовать колебания, соответствующие наводкам с частотой сети.
После установки нуля следует уменьшить чувствительность канала II ручкой «V/дел.». Включить генератор сигналов и подать низкочастотный синусоидальный сигнал. Наблюдая форму выходного сигнала при увеличении входного, можно убедиться, что операция установки нуля позволяет получить максимальный неискаженный сигнал на выходе, о чем будет свидетельствовать одновременное начало искажений обеих полуволн синусоиды.
4.3. Измерить коэффициент усиления ОУ (также в режиме УПТ), используя метод приращений п. М4.1.1.
4.4. Расчет и построение АЧХ следует выполнять в ненормированном виде, используя выражение, дБ,
K(f) = 20lgU2(f) / U1.
4.5. Измерение скорости нарастания выходного напряжения.
4.5.1. Измерение
скорости нарастания выходного напряжения
в режиме синусоидального сигнала. В
режиме УПТ на частоте 30–40 Гц получить
максимальное неискаженное напряжение
на выходе. Для определения амплитуды
выходного сигнала U2max
показания
вольтметра умножить на
.
Изменяя ступенчато частоту генератора,
определить диапазон частот, где сигнал
становится заметно искаженным. Плавным
изменением частоты генератора найти
значение частоты «максимальной мощности»
fUmax,
на которой появляются искажения. Расчет
скорости нарастания
Vmax,
В/мкс, выполнить по формуле
Рис. 5.1. Принципиальная схема для лабораторной работы 5
«Исследование операционного усилителя на интегральной схеме»
4.5.2. Измерение скорости нарастания в импульсном режиме. На частоте f ≥ fpmax (порядка 100 кГц) переключить генератор в режим прямоугольных импульсов. Рассчитать скорость нарастания выходного напряжения Vmax, В/мкс, по наклону фронта выходного импульса Vmax = ∆U2 / ∆t, пользуясь для измерений шкалами осциллографа.