Порядок выполнения работы
1. По заданным параметрам рассчитать элементы схемы.
2. Собрать схему.
3. Проверить и убедиться в ее работоспособности.
4. Измерить и построить частотную характеристику усилителя.
5. Измерить и построить амплитудную характеристику (UВЫХ=(UВХ)) усилителя. Определить графически границы динамического диапазона.
II. Исследование неинвертирующего усилителя
Н
а
рис.3 приведена рабочая схема усилителя
с высоким входным сопротивлением,
собранная на основе интегрального ОУ.
В этой схеме достигнуто сочетание
высокого входного и низкого выходного
сопротивлений с умеренным усилением,
как следует из приведенных уравнений:
Коэффициент усиления схемы
.
Входное сопротивление
.
Выходное сопротивление схемы
где
ZВХ
ОУ и ZВЫХ
ОУ – входное
и выходное сопротивления при разомкнутой
обратной связи; K0
– коэффициент усиления ОУ при разомкнутой
обратной связи.
Сопротивление 
.
Определение значений сопротивлений R1 и R2 по тем же соображениям, что в п.I.
Порядок выполнения работы
1. По заданным параметрам рассчитать элементы схемы.
2. Собрать схему.
3. Проверить и убедиться в ее работоспособности.
4. Измерить и построить частотную характеристику усилителя.
5. Измерить и построить амплитудную характеристику (UВЫХ=(UВХ)) усилителя. Определить графически границы динамического диапазона.
4
III. Исследование повторителя напряжения
На рис.4 приведена практическая схема ОУ, работающая в режиме повторителя напряжения. Эта схема является разновидностью предыдущей схемы, у которой сопротивление обратной связи R2 и сопротивление на входе R1 стремятся к нулю, и в этом случае она представляет собой усилитель с единичным усилением. Входной сигнал подается на неинвертирующий вход. При таком решении выходное напряжение равно входному. Однако входное сопротивление велико, а выходное весьма мало. Это следует из приведенных уравнений:
;
входное сопротивление
;
выходное сопротивление
,
где К0 –усиление ОУ при разомкнутой ОС.
Следует напомнить, что усиление К0 при разомкнутой ОС уменьшается с частотой. Поэтому и входное, и выходное сопротивления схемы зависят от частоты. Некоторые изготовители ИМС рекомендуют включать в цепь обратной связи (с выхода на инвертирующий вход) и между неинвертирующим входом и «землей» резисторы с одинаковым сопротивлением с целью уменьшения смещения нуля. При этом коэффициент усиления остается равным единице и схема по-прежнему будет работать как повторитель напряжения. Однако входные и выходные сопротивления в этом случае определяются не собственными параметрами схемы, а внешними сопротивлениями.
Одним из недостатков единичного усилителя является малая скорость нарастания выходного напряжения, и, следовательно, время переходного процесса у него велико.
Порядок выполнения работы
1. По заданным параметрам рассчитать элементы схемы.
2. Собрать схему.
3. Проверить и убедиться в ее работоспособности.
4. Измерить и построить частотную характеристику усилителя.
5. Измерить и построить амплитудную характеристику (UВЫХ=(UВХ)) усилителя.
Определить графически границы динамического диапазона.
21
В процессе настройки часто приходится сталкиваться с проблемой устойчивости АФ. Главными источниками неустойчивости являются: а) ОУ, которые критичны к частотной коррекции;
б) паразитные обратные связи; в) чрезмерная емкостная нагрузка.
Для определения причины возбуждения рекомендуется закоротить вход АФ на землю. Дело в том, что многие типы фильтров устойчивы только с заземленным входом. На практике это означает, что они должны питаться от источника сигнала с низким входным сопротивлением.
Для подключения выхода ОУ к измерительному прибору необходимо использовать высокоомный щуп с низкой собственной емкостью. Если же такой щуп отсутствует, то необходимо последовательно со щупом включить резистор номиналом около 10 кОм, поскольку сама емкость кабеля может быть достаточной для возбуждения ОУ.
Если же коэффициент усиления АФ слишком большой, т.е. определяющие добротность резисторы не оптимальны, то фильтр самовозбуждается вблизи частоты полюса. В этом случае средство борьбы состоит в уменьшении или увеличении соответствующих резисторов. Для снятия самовозбуждения на высоких частотах необходимо соблюдать следующие рекомендации. Небольшой конденсатор (от нескольких десятков до нескольких сотен пикофарад) следует подключить параллельно корректирующей цепи (если она имеется), параллельно резистору, включенному с выхода ОУ на его инвертирующий вход, или параллельно резистору, включенному между неинвертирующим входом и землей. Иногда желаемый эффект достигается уменьшением напряжения с выхода ОУ, подаваемого на неинвертирующий вход, и увеличением его величины, подаваемой на инвертирующий вход, чтобы снизить усиление ОУ на высоких частотах.
Заключительный этап разработки активного фильтра – настройка его параметров в соответствии с требованиями технического задания, что достигается изменениями номиналов резисторов схемы, особенно влияющих на его характеристики.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОЗВЕННЫХ АКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ
На первом этапе проектирования фильтра любого типа необходимо установить требуемое число его полюсов, что определит
20
Для трехполюсного звена фильтров НЧ и ВЧ находим из таблицы
параметры активных фильтров:
-
С1/С или R/R1
C2/C или R/R2
C3/C или К/К3
3,546
1,352
0,2024