Порядок выполнения лабораторной работы

1. Собрать схему генератора синусоидальных колебаний (см. лабораторную работу «Исследование усилительного каскада по схеме с общим эмиттером с использованием лабораторного стенда»).

2. Собрать схему дифференциального усилителя, представ­ ленную на рис. 5.3, установив рассчитанное значение резистора R23 (см. стр.6, рис. 3).

Рис. 5.3

3. Подать на вход усилителя от генератора ГС1 синусоидальный сигнал частотой f = 1кГц и амплитудой Uвх = 0,1В. Измерить с помощью осциллографа амплитуду выходного сигнала Uвых и зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжения. Рассчитать коэффициент усиления каскада по напряжению.

4. Установить амплитуду входного сигнала Uвx = 0,5В. Изменяя частоту входного сигнала от 0 до 100кГц снять амплитуд­но-частотную характеристику усилителя и построить ее.

5. Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой f = 1кГц. Изменяя амплитуду входного сигнала Uвхт от 0 до 1В (порядка 10 значений) построить амплитудную характеристику усилителя. Для каждого значения Uвх зарисовать осциллограмму выходного напряжения. Определить Uвыхmax в момент появления существенных нелинейных искажений.

6. Собрать схему дифференциального усилителя с источником тока в цепи эмиттера, представленную на рис. 5.4. При исследовании данной схемы выполнить п.п. 3-5.

7. Сравнить результаты теоретических расчетов и практи­ческих исследований, сформулировать выводы по каждому пункту ра­бочего задания.

Рис. 5.4

4. Контрольные вопросы

1. Что лежит в основе принципа усиления сигналов?

2. Что такое динамический диапазон усилителя и как он определяется?

3. Чем вызваны линейные и нелинейные искажения выходного сигнала в усилителе?

4. Почему необходима стабилизация рабочей точки в усилителе?

5. В чем смысл коллекторной и эмиттерной стабилизации?

6. Какую роль в усилительном каскаде играют разделительные емкости?

7. Как определяется их работа в частотном диапазоне усилителя?

8. Какова разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами в усилителе с ОЭ? с ОК?

9. Как влияет входное сопротивление на коэффициент усиления по напряжению?

10. Какова связь между выходным сопротивлением усилителя и сопротивлением в цепи коллектора R_К? Какое влияние оказывает понижение сопротивления нагрузки на коэффициент усиления по напряжению?

11. Как влияет сопротивление R_Э на коэффициент усиления по напряжению усилителя?

12. Почему значение коэффициента усиления по напряжению усилителя с ОК меньше 1?

13. Велико ли значение выходного сопротивления усилителя с ОК?

14. В чем заключено главное достоинство схемы усилителя с ОК?

1. Тема 3. Интегральные усилители

3. Лабораторная работа №1

1. Исследование операционного усилителя с использованием ewb Цель работы

Исследование операционного усилителя с использованием пакета Electronics Workbench.

Теоретическое введение

Интегральный операционный усилитель характеризуется рядом параметров, описывающих этот компонент с точки зрения качества выполнения им своих функций. Среди параметров, обычно приводимых в справочных данных, основными являются следующие.

Средний входной ток . В отсутствии сигнала на входах ОУ через его входные выводы протекают токи, обусловленные базовыми токами входных биполярных транзисторов или токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Входные токи, проходя через внутреннее сопротивление источника входного сигнала, создают падения напряжения на входе ОУ, которые могут вызывать появление напряжения на выходе в отсутствии сигнала на входе. Компенсация этого напряжения затруднена тем, что токи входов реальных ОУ могут отличаться друг от друга на 10..20%.

Входные токи ОУ можно оценить по среднему входному току, вычисляемому как среднее арифметическое токов инвертирующего и неинвертирующего входов:

(1)

где и соответственно токи инвертирующего и неинвертирующего входов.

Разность входных токов определяется выражением:

(2)

В справочниках указывают модуль этой величины.

Схема для измерения входных токов представлена на рис. №2.

Коэффициент усиления напряжения на постоянном токе К₀ – показатель ОУ, определяющий насколько хорошо выполняет ОУ основную функцию – усиление входных сигналов. У идеального усилителя коэффициент усиления должен стремиться к бесконечности.

Коэффициент усиления напряжения схемы усилителя на ОУ (рис. №3) вычисляется по формуле:

(3)

Напряжение смещения -­ значение напряжения, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю.

Напряжение смещения можно вычислить, зная выходное напряжение при отсутствии напряжения на входе и коэффициент усиления:

(4)

Входное сопротивление . Различают две составляющие входного сопротивления: дифференциальное входное сопротивление и входное сопротивление по синфазному сигналу (сопротивление утечки между каждым входом и «землей»). Входное дифференциальное сопротивление для биполярных ОУ находится обычно в пределах 10 кОм…10 МОм. Входное сопротивление по синфазному сигналу определяется как отношение приращения входного синфазного напряжения к вызванному приращению среднего входного тока :

(5)

Дифференциальное входное сопротивление наблюдается между входами ОУ и может быть определено по формуле:

, (6)

где - изменение напряжения между входами ОУ, - изменение входного тока.

Выходное сопротивление в интегральных ОУ составляет 20..2000 Ом. Выходное сопротивление уменьшает амплитуду выходного сигнала, особенно при работе усилителя, на сравнимое с ним сопротивление нагрузки. Схема для измерения дифференциального входного сопротивления ОУ приведена на рис. №4.

Скорость нарастания выходного напряжения V_Uвых равна отношению изменения выходного напряжения ОУ ко времени его нарастания при подаче на вход скачка напряжения. Время нарастания определяется интервалом времени, в течении которого выходное напряжение ОУ изменяется от 10% до 90% от своих установившихся значений.

V_Uвых = (7)

Схема для измерения скорости нарастания выходного напряжения показана на рис. №4. Измерения проводятся при подаче импульса в виде ступени на вход ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС) с общим коэффициентом усиления от 1 до 10.