- •Аналоговая и цифровая электроника
- •Часть 1. Аналоговые устройства на операционных усилителях
- •Содержание
- •1. Введение
- •Исследовать:
- •2. Программа схемотехнического моделирования радиоэлектронных устройств Electronics Workbench
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Структура программы Electronics Workbench
- •2.3. Интерфейс программы Electronics Workbench
- •2.4. Создание схемы радиоэлектронного устройства с помощью программы Electronics Workbench
- •2.5. Контрольно – измерительные приборы ewb.
- •3. Элементы теории обратной связи.
- •4. Операционные усилители.
- •4.1. Основные свойства.
- •4.2. Инвертирующий усилитель.
- •4.3. Инвертирующий сумматор (суммирующий усилитель).
- •4.4. Не инвертирующий усилитель.
- •4.5. Не инвертирующий сумматор.
- •4.6. Дифференцирующее устройство.
- •4.7. Интегрирующее устройство (интегратор).
- •4.8. Импульсные усилители
- •4.9. Избирательные усилители
- •4.10. Электрические фильтры
- •4.11. Активные фильтры
- •5. Разработка схем радиоэлектронных устройств
- •5.1. Выбор базового операционного усилителя
- •5.2. Разработка измерительной схемы не инвертирующего
- •5.3. Разработка измерительной схемы активного фнч
- •5.4. Разработка измерительной схемы активного фвч
- •5.5. Измерительная хема активного полосового фильтра (пф)
- •6. Исследование схем радиоэлектронных устройств
- •6.1. Общие положения
- •6.2. Исследование влияния rос и разброса параметров элементов не инвертирующего усилителя на ку и ачх
- •6.2.1. Определение полосы рабочих частот не инвертирующего
- •6.2.2. Построение амплитудной характеристики
- •6.2.3. Определение коэффициента нелинейных искажений
- •6.2.4. Нахождение точки на амплитудной характеристике,
- •6.2.5. Определение коэффициента усиления при изменении rос
- •6.2.6. Исследование влияния r ос на ачх
- •6.2.7. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх
- •6.2.7.1. Исследование чувствительности схемы не инвертирующего усилителя к общему 20% разбросу параметров элементов схемы
- •6.2.7.2. Исследование чувствительности схемы не инвертирующего усилителя к 20% разбросу параметров отдельных элементов схемы
- •6.3. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх активного фнч
- •6.3.1. Определение рабочего диапазона частот схемы активного фнч
- •6.3.2. Исследование чувствительности активного фнч к общему 20% разбросу параметров элементов
- •6.5. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх активного полосового фильтра (пф)
- •6.5.1 Определение рабочего диапазона частот схемы активного пф
- •6.5.2. Исследование чувствительности активного пф к общему 20% разбросу параметров всех элементов схемы
- •3.5.3. Исследование чувствительности активного пф к 20% разбросу параметров отдельных элементов схемы
- •7. Методические указания по лабораторному практикуму
- •7.1. Определение зависимости коэффициента усиления kу не инвертирующего усилителя от сопротивления обратной связи rос
- •7.1.1. Определение полосы пропускания частот не инвертирующего усилителя
- •7.1.2. Построение амплитудной характеристики
- •7.1.3. Определение коэффициента нелинейных искажений
- •7.1.4. Определение коэффициента усиления ку при разном r ос
- •7.2. Исследование влияния r ос на ачх не инвертирующего
- •7.3. Исследование влияния разброса параметров элементов на ачх усилителя, активного фнч, активного фвч и активного пф
- •7.3.1. Исследование чувствительности к общему разбросу параметров всех элементов схемы
- •7.3.2. Исследование влияния на ачх разброса параметров отдельных элементов схемы
- •8. Отчет по лабораторному практикуму.
- •9. Контрольные вопросы.
6.2. Исследование влияния rос и разброса параметров элементов не инвертирующего усилителя на ку и ачх
Для того чтобы в ходе лабораторной работы определить коэффициент усиления и исследовать влияние сопротивления ОС на коэффициент усиления, необходимо провести ряд предварительных исследований.
6.2.1. Определение полосы рабочих частот не инвертирующего
усилителя
Для оценки полосы рабочих частот не инвертирующего усилителя рис.5.1а (с подключённым источником переменного синусоидального напряжения) получим его АЧХ (рис.6.2) и определим нижнюю и верхнюю границы полосы по уровню 0,707 от максимального значения АЧХ, что соответствует спаду усиления на 3дБ.
Максимальное значение АЧХ (коэффициент передачи) в полосе рабочих частот равно 10,42 дБ. От максимального значения вычитаем 3дБ. Затем, по графику АЧХ определяем нижнюю и верхнюю границы полосы рабочих частот не инвертирующего усилителя: fн=15,90Hz;fв=444,43kHz.
6.2.2. Построение амплитудной характеристики
По графику АЧХ (см. п.6.2.1.) выбираем значение частоты для построения амплитудной характеристики, например f=60kHz. Это значение частоты является наиболее приемлемым для построения амплитудной характеристики, так как соответствует средней области АЧХ усилителя с равномерным по частоте усилением.
Для построения амплитудной характеристики не инвертирующего усилителя используем схему с подключённым генератором амплитудно-модулированных колебаний рис.5.1б. Он генерирует колебания с постоянной частотой, но с нарастающей амплитудой. Сигнал, проходя через усилитель, усиливается и на выходе схемы, на экране осциллографа программы EWB, можно наблюдать усиленные амплитудно-модулированные колебания.
Огибающая АМ-колебаний и является амплитудной характеристикой. ИспользованиеАМ-колебаний с несущей достаточно высокой частоты позволяет построить амплитудную характеристику для устройств, содержащих разделительные конденсаторы. В генераторе задаём найденное ранее значение частотыf=60 кГц и приемлемое значение амплитуды 50 мВ. Построенная таким образом амплитудная характеристика представлена на рис. 6.3.
6.2.3. Определение коэффициента нелинейных искажений
С помощью программы EWBопределяем коэффициент нелинейных искажений, делаем это следующим образом. В источнике переменного синусоидального напряжения указываем частоту, использовавшуюся ранее для получения амплитудной характеристики (f=60 кГц) и амплитуду, при которой коэффициент нелинейных искажений меньше или равен 3% (322 мВ).
С помощью спектрального анализапрограммыEWB получаем график, на котором изображено спектральное представление выходного сигнала с указанием в его нижней части коэффициента усиления (см. рис.6.4). Первая гармоника спектра соответствует значению частотыf=60 кГц, остальные гармоники составляющие спектр, являются паразитными, они и определяют коэффициент нелинейных искажений.
С помощью осциллографа программы EWBопределяем амплитуду выходного сигнала (U вых = 1.5В), при которой коэффициент нелинейных искажений меньше или равен 3%.