Порядок выполнения работы

1. Исследуйте основные характеристики усилительного RC-каскада.

   1. Запустите программу Electronics Workbench и откройте файл lab.61.ewb. со схемой усилителя, приведенной на рис. 9.

Рис. 9

2. По измерителю АЧХ постройте частотную характеристику усилителя. Из полученной частотной характеристики найдите постоянную времени дифференцирования τ_д и постоянную времени интегрирования τ_и усилителя.

3. На частоте максимального усиления снимите амплитудную характеристику усилителя и постройте графики амплитудной характеристики и зависимости коэффициента усиления К от амплитуды входного напряжения.

4. Входное сопротивление усилителя определите по уменьшению амплитуды выходного сигнала, обусловленному включением на вход усилителя последовательного сопротивления R_Б. Входное сопротивление вычисляется по формуле

, (31)

где и – амплитуда выходного напряжения безR_Б и при включенном сопротивлении R_Б соответственно.

5. Выходное сопротивление усилителя определите по уменьшению коэффициента усиления под действием нагрузки. Измерьте амплитуду выходного напряжения U_вых1 и U_вых2 для двух разных значений сопротивления нагрузки (R_н1 = 10 кОм, R_н2 = 1 кОм) и вычислите выходное сопротивление по формуле

. (32)

2. Исследуйте основные характеристики резонансного усилительного каскада.

   1. В программе Electronics Workbench откройте файл lab.62.ewb, содержащий схему резонансного усилителя (рис.10).

Рис. 10

1. Проведите моделирование схемы. По частотной характеристике усилителя определите коэффициент максимального усиления К₀, резонансную частоту f₀, полосу пропускания f по уровню 3 дБ.

1. Проведите исследование дифференциального усилителя.

   1. Откройте файл lab.63.ewb, в котором представлена схема дифференциального усилителя (рис.11).

Рис. 11

По сравнению с рис.7, а, она дополнительно содержит элементы задания статического режима (резисторы R1s, R2s), блокировочный конденсатор Сb в цепи питания, источники входного сигнала, внутренние сопротивления которых имитируются резисторами Ri, а также контрольно-измерительные приборы.

2. Проведите моделирование схемы. По осциллограмме выходных сигналов определите коэффициент усиления.

3. Исследуйте зависимость напряжения смещения от изменения коллекторных нагрузок (R1, R2) и цепей смещения (R1s, R2s).

Рекомендуемый библиографический список

1. Ефимчик М. К., Шушкевич С. С. Основы радиоэлектроники. Минск. 1981г.

2. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. М. "Солон-Р". 2000г.

Лабораторная работа №7 Операционные усилители

Цель работы: изучение устройств с операционными усилителями.

Операционным усилителем (ОУ) называют высококачественный дифференциальный усилитель напряжения с большим коэффициентом усиления, предназначенный для самых разнообразных применений. Обычно это интегральная схема, которая после подключения к ней указанных в паспорте уровней напряжения питания (а иногда и некоторых элементов для коррекции частотной характеристики) становится усилителем со следующими

Рис. 1

характеристиками: полоса от нуля до f_max; большое входное сопротивление; большой коэффициент усиления (до 10⁴-10⁵ и даже более); большой коэффициент ослабления синфазных помех (до 10³-10⁴); малый шум; малый сдвиг нулевого уровня на постоянном токе; малые изменения характеристик в зависимости от температуры и времени; низкое выходное сопротивление; сравнительно большой размах выходного напряжения во всем диапазоне усиливаемых частот. Естественно, что каждое из перечисленных достоинств проявляется в различной степени у ОУ разных марок.

Сигнал на выходе операционного усилителя с дифференциальным входом (рис. 1)

и_вых=и_вхК₀= (и₍₊₎–и_(–))К₀, (1)

где Ко — коэффициент усиления ОУ; напряжения отсчитываются от общего (нулевого) уровня.

С целью упрощения анализа схем с ОУ последние часто идеализируют. Идеальный ОУ обладает следующими параметрами: коэффициент усиления К₀=; входное сопротивлениеR_вх=; выходное сопротивлениеR_вых=0;. полоса пропускания от нуля до бесконечности. Из (1) следует очень важное свойство идеального ОУ: и_вх=и₍₊₎–и_(-)=и_вых/К₀, т. е. напряжение на дифференциальном входе ОУ равно в линейном режиме практически нулю при любом выходном напряжении. Рассмотрим некоторые простые устройства с ОУ.

Инвертирующий усилитель (рис. 2, а). В соответствии с обозначениями на рисунке через сопротивление обратной связи R_ос протекает ток i_ос=(и_вых–и_(–))/R_ос; через R₁ – ток

i₁=(и_(–)–и_г)/R₁. В случае идеального ОУ i_ос=i₁, следовательно,

(и_вых–и_(–))/R_ос = (и_(–)–и_г)/R₁. (2) Напряжение на неинвертируемом входе равно нулю, поэтому и_(–)=и_вх=0 и из (2) получаем

и_вых= – и_г (3)

Рис. 2

Неинвертирующий усилитель (рис. 2,в). Согласно обозначениям на рисунке

i_ос=;i₁=. (4)

Для идеального ОУ i_ос=i₁ и (4) дает

и_вых=_ивх=0=. (5)

Выражения (3) и (4) показывают, что на основе ОУ выбором сопротивленийR₁ и R_ос можно простым способом реализовать инвертирующий или неинвертирующий усилитель напряжения с требуемым коэффициентом усиления, в частности аналоговый инвертор (рис. 2,6) и повторитель напряжения (рис. 2,г).

Рис. 3

На рис. 3, а показан простой дифференциальный усилитель на ОУ. Если на каждом из его входов разместить повторитель на ОУ (рис. 3,6), то входные сопротивления схемы возрастут. Усилитель такого типа называют потенциометрическим дифференциальным усилителем. При принятых на рис.3 обозначениях коэффициенты усиления обеих схем по инвертируемому и неинвертируемому входам равны соответственно К и —К.