3.2.1.2. Характеристики во временной области.
Переходную характеристику (ПХ) усилителя получаем при подаче на его вход напряжения прямоугольной формы. Для этого в схемах на рис. 7 и 14 необходимо переключить источник сигналов с гармонических колебаний на меандр. Задать двухполярный сигнал ±1 мВ и длительность импульса tИ = 25 мкс.
Рис. 16.1. Схема инвертирующего ОУ с ОС
Рис. 16.2. Схема инвертирующего ОУ с ОС
Задание 7. Получить изображения ПХ усилителей (рис. 7 и 14). Сравнить параметры переходных характеристик.
Рис.
17.1. ПХ для ОУ без ОС
Рис. 17.2. ПХ для ОУ без ОС
Рис. 18.1 ПХ для ОП
На переходной характеристике для ОУ без ОС видно, что напряжение данном случае усиливается в 100 раз. В то время как ОП не изменяет значение входного напряжения.
Паразитная ёмкость никак не влияет на усиление.
3.2.2. Схемы на оу с частотно-зависимой ос.
Из огромного разнообразия схем ОУ с частотно-зависимыми цепями ОС для лабораторного исследования выбраны только две.
Одна из них представляет собой интегратор (рис. 19, а), другая – дифференциатор (рис. 19, б). Соответствующие функции определяются RC-элементами. Резисторы R0 выполняют вспомогательные функции. В интеграторе R0 обеспечивает необходимую ОС на постоянном токе, в дифференциаторе – необходимый запас по фазе.
а) б)
Рис. 19. ОУ в режиме интегрирования (а) и дифференцирования (б)
3.2.2.1. Характеристики в частотной области.
ИНТЕГРАТОР. Заменяя ОУ в схеме рис. 19, а на макромодель-подсхему, получаем схему для исследования интегратора рис. 20. Номинальные значения внешних элементов берем из заданий к лабораторным работам (табл. 5).
Рис. 20. Схема интегратора
Задание 8. Построить АЧХ интегратора на одном рисунке с АЧХ ОУ без ОС.
Рис. 21.1 АЧХ ОУ без ОС (синяя) и АЧХ интегратора
Рис. 21.2 АЧХ ОУ без ОС (синяя) и АЧХ интегратора
Рис.
21.3 АЧХ интегратора
По графику можно заметить, что конденсатор C1 не влияет на АЧХ интегратора.
ДИФФЕРЕНЦИАТОР. Используя рис. и макромодель-подсхему ОУ, получаем схему для исследования дифференциатора (рис. 22). Номинальные значения внешних элементов берем из заданий к лабораторным работам (табл. 6).
Рис. 22.1. Схема дифференциатора
Рис. 22.2. Схема дифференциатора
Задание 9. Построить АЧХ дифференциатора на одном графике с АЧХ ОУ без ОС. Определить сопротивление R1, при котором подъем на АЧХ дифференциатора перестает иметь место.
Рис. 23.1. АЧХ дифференциатора (красная) и АЧХ ОУ без ОС
Рис. 23.2. АЧХ дифференциатора (красная) и АЧХ ОУ без ОС
Рис.
23.3. АЧХ дифференциатора
АЧХ дифференциатора менее острая и более широкая с меньшей паразитной ёмкостью.
Рис. 24.1 АЧХ дифференциатора с разными значениями R1
Рис. 24.2 АЧХ дифференциатора с R1 = 30 Ом
Сопротивление R1, при котором подъем на АЧХ дифференциатора перестает иметь место, равно 30 Ом
Рис. 25.1 АЧХ дифференциатора с разными значениями R1
Рис. 25.2 АЧХ дифференциатора с R1 = 3.4 Ом
Сопротивление R1, при котором подъем на АЧХ дифференциатора перестает иметь место, равно 3.4 Ом
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕТЛЕВОГО УСИЛЕНИЯ μВ
Рис. 26.1 Схема дифференциатора с разомкнутой петлей ОС
Полученная схема (рис. 26.1 и 26.2) пригодна для исследования петлевого усиления и глубины ОС.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ ПО ФАЗЕ
Это можно выполнить, представив на мониторе одновременно АЧХ и ФЧХ петлевого усиления. По АЧХ с помощью линейки находим частоту, на которой модуль коэффициента петлевого усиления становится равным единице (0 дБ), а по ФЧХ на этой же частоте определяем величину фазового сдвига. Эта величина и будет соответствовать искомому запасу по фазе. Для каждой кривой находим свой запас по фазе.
Задание 10. Построить АЧХ петлевого усиления дифференциатора. С помощью линейки Fastmean определить запас устойчивости по фазе при значении R1 0,1 Ом и его значении, найденном в задании 9.
Рис. 28 АЧХ петлевого усиления дифференциатора (R1 = 0.1 Ом)
Рис. 29 АЧХ петлевого усиления дифференциатора (R1 = 30 Ом)
Запас устойчивости по фазе при R1 = 0.1 Ом равен 23.5о, при R1 = 30 Ом равен 64о
Рис. 30 АЧХ петлевого усиления дифференциатора (R1 = 0.1 Ом)
Рис. 29 АЧХ петлевого усиления дифференциатора (R1 = 3.4 Ом)
Запас устойчивости по фазе при R1 = 0.1 Ом равен 64.55о, при R1 = 3.4 Ом равен 65.5о