6. Снятие частотных характеристик операционного усилителя Общие сведения

Операционный усилитель, предназначенный для универсального применения, ведёт себя как апериодическое звено первого порядка, и его частотная характеристика описывается уравнением

,

K₀– коэффициент усиления при нулевой частоте,

 - круговая чатота,

_ср– частота среза (частота при которой коэффициент усиления снижается враз),

K() – амплитудно-частотная характеристика,

() – фазочастототная характеристика.

Круговая частота в этих выражениях может быть заменена циклической частотойf.

Амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики обычно изображают в логарифмическом масштабе по осям fиK(f). Причём, строят не точные характеристики, а их асимптотические приближения (рис.3.6.1). На рисункеf_т– частота единичного усиления, т.е. частота при которой коэффициент усиления усилителя без обратных связей становится равным единице. Частота среза (f_ср) зависит от петли отрицательной обратной связи и может быть определена из выраженияf_т=K₀f_ср.

В данной работе для измерения входного и выходного напряжений служит миниблок «Измерительный преобразователь» («ИП»). Постоянное напряжение на его выходе равно действующему значению синусоидального напряжения на входе. Непосредственное измерение синусоидального напряжения мультиметром в данной работе невозможно, так как его частотный диапазон ограничен от 40 до 400 (или 1000) Гц. К этому миниблоку необходимо подвести питание + и – 15 В, а также подсоединить к нему общую точку источника 0. В ходе работы входной зажим Измерительного преобразователя подключается к входу и выходу схемы усилителя, а вольтметр постоянного напряжения всегда остаётся подключённым к выходным зажимам измерительного преобразователя. Необходимо только переключать пределы измерения мультиметра в соответствии с уровнем измеряемого напряжения.

Сдвиг фаз между входным и выходным напряжением измеряется с помощью осциллографа в режиме X–Y. При подключении к входам Х иYсинусоидальных сигналов на экране наблюдается эллипс (рис. 3.6.2). При сдвиге фаз, равном нулю, он вырождается в прямую линию, а при 90⁰– в окружность. Угол сдвига определяется по формуле:

Для большей точности и удобства измерений при каждом измерении эллипс нужно вписывать в квадрат одного и того же размера плавной регулировкой чувствительности осциллографа по горизонтальной и вертикальной оси.

Экспериментальная часть Задание

Снять амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики операционного усилителя К140УД608А (ОР07СР) в схеме инвертирующего (или неинвертирующего) усилителя с коэффициентом усиления 200 и 100.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь согласно принципиальной схеме (рис.3.6.3) и монтажной схеме (рис. 3.6.4). Делитель напряжения на входе цепи (резисторах 10 кОм и 100 Ом) необходим для удобства измерений малых входных напряжений. При этом входное напряжение будет в 100 раз меньше измеренного. На входе усилителя сначала установите сопротивление 470 Ом (коэффициент усиления около 200). Не используйте длинных проводов на входе усилителя, которые могут создавать помехи и привести к самовозбуждению схемы. Включите осциллограф.

• Установите ручку переключателя формы сигнала в положение «~», множитель частоты – в положение «×100», ручку-счётчик – в положение 000 (частота 100 кГц), ручку-регулятор амплитуды поверните в крайнее правое положение (максимальная амплитуда) и включите генератор. Проверьте, нет ли слишком сильных искажений выходного сигнала, запомните входное напряжение генератора. В дальнейшем поддерживайте это напряжение неизменным, время от времени корректируя его. Обязательно сделайте эту корректировку при переходе на другой диапазон частот, т.е. после изменения множителя.

• Переключите осциллограф в режим X–Y, регулировкой усилений по входам впишите эллипс в квадрат размером, например, 80×80 мм. Запишите в табл.3.6.1 входное и выходное напряжения, размерыАиВэллипса на экране осциллографа.

• Проделайте эти измерения при всех частотах, указанных в таблице, вычислите коэффициенты усиления и фазовые сдвиги, на рис. 3.6.5 постройте графики амплитудно и фазо- частотных характеристик.

• Повторите опыт и построение графиков при R_ВХ= 1 кОм (коэффициент усиления примерно 100).

Рис. 3.6.3

Рис. 3.6.4

Таблица 3.6.1

RВХ = 470 Ом, RОС = 100 кОм
f,кГц	UВХ, мВ	UВЫХ, В	K	А, мм	В, мм	, град.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
15
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

RВХ = 1 кОм, RОС = 100 кОм
f,кГц	UВХ, мВ	UВЫХ, В	K	А, мм	В, мм	, град.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
15
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Рис. 3.6.5