Лабораторная работа №5 / Отчет по лаборатороной №5
.docxФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций
им. Проф. М. А. Бонч-Бруевича»
Кафедра электроники и схемотехники
Лабораторная работа №5
По учебной дисциплине
«Схемотехника»
«Исследование схем на интегральном ОУ в частотной и временной областях»
Цель работы
1. Изучить схемотехнические особенности построения интегральных ОУ, принцип построения макромодели в частотной области.
2. Исследовать влияние внешних цепей ОС на характеристики устройств с ОУ.
Исходные данные
Тип ОУ ОРА628
Частота единичного усиления 160 МГц
Коэффициент усиления ОУ 90 дБ ≈ 32000
Скорость нарастания 310 В/мкс
Максимальный выходной ток 30 мА
Номинальные значения элементов интегратора.
C = 430 пФ
R= 2.2 кОм
Номинальные значения элементов дифференциатора.
C = 18 нФ
R= 2.2 кОм
3.1 Построение макромодели ОУ с частотной коррекцией
Задание
1. Составить
макромодель по заданным параметрам.
Указать общий коэффициент усиления ОУ
над ОУ1, другие блоки имеют усиление 1.
Емкости, связанные с частотами полюсов,
определяются из выражения
.
Рисунок 1. Макромодель с параметрами элементов, задающих частотные свойства ОУ.
3.2 Исследование свойств каскада на ОУ в частотной и временной областях
Задание 2. Построить АЧХ ОУ без ОС, определить коэффициент усиления на нижних частотах (20…80 Гц), частоты полюсов и частоту единичного усиления f1.
Рисунок 2. Схема включения ОУ без ОС
Рисунок 3. АЧХ ОУ без ОС.
Коэффициент усиления на нижних частотах (20…80 Гц) равен 90 дБ.
Частота единичного усиления f1 равна 96 МГц.
fp1 = 3 кГц
fp2 = 192 МГц
Задание 3. Построить АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя при KF = 100 и KF = 10.
Рисунок 4. Инвертирующий усилитель при KF = 100.
Рисунок 5. АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя и ОУ без ОС при KF = 100.
Граничная частота полосы пропускания 3.2 кГц.
Рисунок 6. Инвертирующий усилитель при KF = 10.
Рисунок 7. АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя при KF = 10.
Граничная частота полосы пропускания 9,5 кГц.
Задание 4. Определить входное сопротивление инвертирующего усилителя.
Рисунок 8. Входное сопротивление инвертирующего усилителя.
Исходя из полученного графика входное сопротивление равно 10 кОм.
Задание 5. Рассчитать элементы цепи ОС по заданному коэффициенту усиления при KF = 100 и KF = 10. Построить АЧХ усилителя. Определить входное сопротивление усилителя.
Рисунок 9. Инвертирующий ОУ с высоким входным сопротивлением при KF = 10.
Рисунок 10. Инвертирующий ОУ с высоким входным сопротивлением при KF = 100.
Рисунок 11. АЧХ Инвертирующего ОУ с высоким входным сопротивлением при KF = 100 и KF = 10.
Рисунок 12. Входное сопротивление инвертирующего ОУ с высоким входным сопротивлением.
Исходя из полученного графика входное сопротивление равно 100.7 МОм.
При сравнении данного ОУ и предыдущего можно сделать вывод, что входное сопротивление увеличилось в 10000 раз.
Задание 6. Получить АЧХ ОП. Сравнить с АЧХ ОУ без ОС.
Рисунок 13. АЧХ ОУ без ОС и Операционного повторителя.
Задание 7. Получить изображения ПХ ОП и Инвертирующего усилителя.
Рисунок 14. ПХ ОП и Инвертирующего усилителя.
Задание 8. Построить АЧХ интегратора на одном рисунке с АЧХ ОУ без ОС.
Рисунок 15. Схема интегратора.
Рисунок 16. АЧХ интегратора и ОУ без ОС.
Задание 9. Построить АЧХ дифференциатора на одном графике с АЧХ ОУ без ОС. Определить сопротивление R0, при котором подъем на АЧХ дифференциатора перестает иметь место.
Рисунок 17. Схема дифференциатора.
Рисунок 18. АЧХ дифференциатора и АЧХ ОУ без ОС.
Сопротивление R0, при котором подъем на АЧХ дифференциатора перестает иметь место примерно равно 240 Ом.
Задание 10. Построить АЧХ петлевого усиления дифференциатора. С помощью линейки Fastmean определить запас устойчивости по фазе при значении R0 0.1 Ом и его значении, найденном в задании 9.
Рисунок 19. АЧХ и ФЧХ петлевого усиления дифференциатора.
Рисунок 20. Показания линейки.
При значении в 240 Ом у кривой запас более 58 градусов, а при 0.1 менее 1 градуса.
Задание 11. Интегратор. Получить диаграмму интегрированных импульсов. Увеличивая длительность входного импульса, определить ее значение, при котором линейный закон интегрирования переходит в экспоненциальный.
Рисунок 21. Форма сигнала на выходе Интегратора при tи = 500 мкс.
Рисунок 22. Форма сигнала на выходе Интегратора при tи = 2000 мкс.
Задание 12. Дифференциатор. Получить диаграммы дифференцированных импульсов при значении сопротивления резистора R0, полученном в задании 9, и без него.
Рисунок 23. Форма сигнала на выходе дифференциатора при разном запасе по фазе.
Ответы на контрольные вопросы
1. Какой вид имеют АЧХ и ФЧХ ОУ?
2. Чем отличается АЧХ и ПХ ОУ от усилителя переменного тока?
Характеристики ОУ определяются двумя полюсами в функции передачи.
3. С какой целью в усилительных устройствах применяется ОС?
ОС значительно увеличивает выходное сопротивление транзисторов.
4. Как влияет на форму АЧХ ОС?
Коэффициент усиления уменьшается.
5. Какие элементы схем усилителей определяют глубину ОС?
Глубину ОС определяют резисторы R1 и R2.
6. В чем причина самовозбуждения усилителей?
Причины самовозбуждения — паразитные связи между различными участками и цепями усилителя.
7. Как выглядят схемы инвертирующего и неинвертирующего устройства на ОУ?
Неинвертирующий усилитель изображен на рисунке 5.6 а
Инвертирующий усилитель изображен на рисунке 5.6 б
8. Как влияет ОС на входное и выходное сопротивление ОУ?
ОС уменьшает входное и выходное сопротивление ОУ.
9. Как выглядят схемы интегрирующего и дифференцирующего каскада на ОУ?
10. Какой вид имеют АЧХ интегрирующего и дифференцирующего усилителя?
