3 Описание лабораторного стенда

В состав лабораторного стенда входят:

• базовый лабораторный стенд

• лабораторный модуль Lab6A для исследования схем на основе опе­рационного усилителя.

Паспортные данные микросхемы КР140УД7:

Uи.п. = +5…+17В. ; Uсм = 6 мВ; Iвх = 400 нА; Ку = 68 дБ; V_Uвых = 0,3 В/мкс; Кос.сф = 72дБ;

Rвх = 0,4 Мом; Pпот, мВт(Iпот, мА) = 120; fпр(f1) = 0,8 МГц;

4 Экспериментальная часть исследования

4.1 Получение передаточной характеристики инвертирующего усилителя

Рисунок 6 - Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик инвертирующего усилителя.

Рисунок 7- Схема подключения

1) С помощью элементов управления ВП установим диапазон изменения входного сигнала (U_вх.min = –1,2 В, U_вх.max = 1,2 В) и пределы изменения выходного сигнала (U_вых.min = –10 В, U_вых.max = 10 В). Получим изображение ПХ инвертирующего усилителя.

Рисунок 8 - передаточная характеристика инвертирующего усилителя

2) Определим по ПХ положительное U_огр+ и отрицательное U_огр- напряжения ограничения сигнала на выходе схемы, используя для этого горизонтальную визирную линию.

U_огр+ = 7,59 U_огр- = -8 В.

3) Определим коэффициент усиления инвертирующего усилите­ля. Для этого выберем координаты двух произвольных точек на наклонном участке характеристики.

= 6,62 В; = -0,66 В;

= -7,29 В; = 0,72 В;

Произведём вычисления по формуле:

К_УС =(U_вых.2 –U_вых.1)/(U_вх.2 –U_вх.1)

Кус = (-7,29-6,62) / (0,72- (-0,66)) = - 10,08

Вывод:

К_УС оказался отрицательным. Знак минус означает, что выходной сигнал инвертирован относительно входного. Поэтому такой усилитель называют инвертирующим усилителем.

4.2. Исследование работы инвертирующего усилителя.

Рисунок 9 – Электрическая схема для исследования работы инвертирующего усилителя

1) Устанавливаем синусоидальную форму сигнала и частоту сигнала, равную 200 Гц. Амплитуду входного сигнала выбираем такой величины, при которой выходной сигнал не имеет искажений и удобен для наблюдения и измерений.

Рисунок 10 – график входного и выходного сигналов

2) Определим амплитуды входного U_ВХ.m и выходного U_ВЫХ.m сигналов. Для определения амплитуды сигнала необходимо измерить его максимальное u_mах и минимальное u_min мгновенные значения и произвести вычисление по формуле:

U_m=(U_max-U_min)/2.

U_вых.mах =5,04 В; U_вых.min =-5,05 В; => U_вых.m= 5,045 В;

U_вх.mах = 0,54 В; U_вх.min = 0,53 В; => U_вх.m= 0,535 В;

С помощью полученных данных вычислим коэффициент усиления инвер­тирующего усилителя по формуле:

К = U_ВЫХ.m / U_ВХ.m = 5,045 / 0,535 = 9,43.

3) Рассчитаем коэффициент усиления инвертирующего усилителя. Для расчетов воспользуемся соотношением: К = - Rос / R1 , Rос = 100 кОм, R1 = 10 кОм

К = - 100 ∙ 10³ / 10 ∙ 10³ = -10

Выводы:

На частоте fc = 200 Гц воспроизводятся различные формы сигнала (синусоидальная, прямоугольная, пилообразная) без искажений. Входной и выходной сигналы находятся в противофазе. Значения коэффициентов усиления, полученные по передаточной характеристике, на основе результатов измерений и расчетным путем, приблизительно равны. Небольшая погрешность объясняется неточностью измерений. Значение коэффициента усиления, полученное по передаточной характеристике отрицательно, что подтверждает, что исследуемый усилитель является инвертирующим.

4.3 Получение передаточной характеристики неинвертирующего усилителя.

Рисунок 11 - Принципиальная электрическая схема для исследования характеристик инвертирующего усилителя

Рисунок 12 – Электрическая схема для исследования неинвертирующего усилителя.

1) Устанавливаем диапазон изменения входного сигнала (U_вх.min = –1,2 В, U_вх.max = 1,2 В) и пределы изменения выходного сигнала (U_вых.min = –10 В, U_вых.max = 10 В). На графическом индикаторе получаем изображение передаточной характе­ристики не инвертирующего усилителя.

Рисунок 13 – Передаточная характеристика не инвертирующего усилителя

2) Определим по передаточной характеристике положительное U_огр+ и отрицательное U_огр- напряжения ограничения сигнала на выходе схемы, используя для этого горизонтальную визирную линию.

U_огр+ = 7,68 В; U_огр- = –8 В.

3) Вычислим коэффициент усиления инвертирующего усилите­ля. Для этого на передаточной характеристике с помощью ви­зирных линий определим координаты двух произвольных точек на на­клонном участке характеристики.

= 7,22 В; = 0,66 В;

= -7,58 В; = 0,68 В;

Произведём вычисления по формуле:

К_УС =(U_вых.2 –U_вых.1)/(U_вх.2 –U_вх.1) Кус = 11,04

Вывод:

Значение Кус больше нуля, что свойственно неинтвертирующему усилителю.

4. Исследование работы неинвертирующего усилителя

1) Устанавливаем синусоидальную форму сигнала и частоту сигнала, равную 200 Гц. Амплитуду входного сигнала выбираем такой величины, при которой выходной сигнал не имеет искажений и удобен для наблюдения и измерений.

Рисунок 14 – График входного и выходного сигналов.

Фазы выходного и входного сигнала равны, что свойственно неинвертирующему усилителю.

2) Рассчитаем коэффициент усиления инвертирующего усилителя. Для расчетов воспользуемся соотношением: К = (Rос / R1) +1

К = 100 ∙ 10³ / 10 ∙ 10³ + 1= 11

3) Определим амплитуды входного U_ВХ.m и выходного U_ВХ.m сигналов.

U_вых.mах =5,51 В; U_вых.min =-5,5 В; => U_вых.m= 5,52 В;

U_вх.mах = 0,53 В; U_вх.min = -0,55 В; => U_вх.m= 0,54 В;

С помощью полученных данных вычислим коэффициент усиления инвер­тирующего

усилителя по формуле:

К = U_ВЫХ.m / U_ВХ.m К = 5,52 / 0,54 = 10,22

Вывод: Синусоиды входного и выходного сигналов колеблются синфазно. Значения коэффициентов усиления, полученные по передаточной характеристике, на основе результатов измерений и расчетным путем, приблизительно равны. Погрешность объясняется неточностью измерений. Коэффициент усиления, полученный по передаточной характеристике, больше нуля, что подтверждает, что исследуемый усилитель является неинвертирующим.