- •Методические указания для выполнения лабораторного практикума по курсу «Основы радиоэлектроники и связи» Оглавление
- •Введение.
- •Лабораторная работа №1. Исследование системных передаточных характеристик пассивных цепей первого порядка и прохождения через них сложных сигналов.
- •Лабораторная работа №2. Исследование операционного усилителя с частотно-зависимой обратной связью первого порядка.
- •Лабораторная работа №3. Исследование прохождения сложных сигналов через линейный апериодический усилитель.
Лабораторная работа №2. Исследование операционного усилителя с частотно-зависимой обратной связью первого порядка.
Цель работы: Исследование свойств операционного усилителя с частотно-зависимой отрицательной обратной связью в качестве устройства, выполняющего операции частотной фильтрации, дифференцирования и интегрирования сложных сигналов. Сравнение пассивными СR-цепочками, выполняющими аналогичные функции, (см. отчет по лабораторной работе №1).
Краткие теоретические сведения.
Операционным усилителем(ОУ) называется дифференциальный усилитель с очень большим коэффициентом усиления по напряжению, очень большим входным сопротивлением и очень малым выходным сопротивлением. Идеальный ОУ имеет
(2.1)
Для ОУ с отрицательной обратной связью (рис.2.1) связь входного и выходного напряжений и комплексный коэффициент передачи по напряжению определяются по формулам с учетом соотношений, вытекающих из определения идеального ОУ (2.1).
Для идеального операционного усилителя в данной схеме справедливы равенства:
(2.2)
- из-за бесконечно большого входного дифференциального коэффициента усиления ;
(2.3)
- из-за бесконечно большого входного сопротивления дифференциального входа.
Рис.2.1.
Связь между входным и выходным напряжениями определяется видом сопротивлений и . Если в схеме имеется емкость, то ток и напряжение на ней определяются соотношением
. (2.4.)
С помощью выражений (2.2-2.4) можно легко определить как частотный коэффициент передачи усилителя с обратной связью, так и временную функцию выходного сигнала для входного сигнала сложной формы.
2.1.Предварительные расчеты.
1.Для схемы рис.2.2 записать общее выражение для временной функции выходного сигнала при произвольном сигнале на входе, а также соотношение для комплексного частотного коэффициента передачи.
Построить графики АЧХ и ФЧХ, если С=1000 пФ, R=10 кОм.
Рассчитать амплитуды входного сигнала для частот 1, 10, 100, 1000 кГц так, чтобы амплитуда выходного сигнала была бы не более 4 В и не менее 10 мВ.
Рис.2.2
2. Повторить п.1.1 для схемы рис.2.3 , поэтому в предварительных расчетах ее можно не учитывать.
Рис.2.3
2.2. Эксперимент.
-
Собрать схему рис.2.21. В качестве сопротивления обратной связи R подключить резистор R8=10 кОм, емкость С=1000 пФ следует взять из блока конденсаторов СЛАУ.
-
Подать на вход гармоническое колебание от генератора Г4-46 с рассчитанными в п.1.1 значениями амплитуд входного сигнала. Убедиться по осциллограммам, что имеет место линейный режим работы операционного усилителя (нет нелинейных искажений). Зарисовать осциллограммы. Зафиксировать амплитуды сигналов и разность фаз. Определить коэффициент усиления. Сравнить с расчетными значениями.
-
Изменяя частоту входного сигнала снять и построить графики АЧХ и ФЧХ.
-
Переключить режим работы генератора на режим работы с последовательностью прямоугольных импульсов, установив их амплитуду и выбрав частоту повторения так, чтобы усилитель работал без нелинейных искажений. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов, отметив на них амплитуды, для частот повторения FП = 0.5, 1, и 10 кГц.
Повторить для сигналов треугольной формы.
-
Собрать схему рис.2.3. в цепь обратной связи подключить конденсатор С=1000 пФ, а в качестве входного сопротивления R использовать сопротивление макета R3=10 кОм. Для развязки по постоянному току между гнездом 11 и генератором сигнала включить разделительную емкость СР=0,068 мкФ из блока емкостей.
-
Повторить пп.2.2-2.4.
2. 3. Оформить отчет.
Отчет должен содержать схемы экспериментов, значения параметров элементов схемы и сигналов, таблиц для построения графиков, сравнения теоретических и экспериментальных результатов, выводы с позиций временного и частотного методов. Провести сравнение с аналогичными результатами работы №1.
Контрольные вопросы
-
Какие цепи относятся к дифференцирующим?
-
Для каких целей применяют интегрирующие цепи?
-
Как определить комплексный коэффициент передачи в схем с ОУ?
-
Проведите сравнение дифференцирующей пассивной цепочки и дифференцирующей схемой с ОУ.
-
Проведите сравнение интегрирующей пассивной цепочки и интегрирующей схемой с ОУ.
-
Почему полоса частот схемы с ОУ ограничена сверху при дифференцировании?
-
Почему полоса частот схемы с ОУ ограничена снизу при интегрировании?