Контрольные вопросы
1. Назначение элементов схемы.
2. Принцип работы усилителя.
3. Понятие об исходном режиме и рабочем (динамическом) режиме работы усилителя.
4. Каковы фазовые соотношения Uвых и Uвх? Каковы Rвх и Rвых?
5. Что такое, эквивалентная схема усилителя и как пользоваться схемой при пояснении АЧХ.
6. Как можно улучшить АЧХ.
7. Понятие о средних частотах и рабочем диапазоне частот. Показать их на полученной АЧХ.
Лабораторная работа №13
Тема: исследование операционного усилителя.
Цель работы: закрепить на практике теоретические сведения о работе операционного усилителя.
Теоретические сведения
Операционным называется усилитель, предназначенный для выполнения математических операций: суммирования, интегрирования, дифференцирования, логарифмирования. Стандартный операционный усилитель (ОУ) общего применения может использоваться примерно в 100 - 130 вариантах (усилитель промежуточной частоты, усилитель звуковой частоты, видео усилитель, гетеродины, дифференциальные усилители и т.д.).
ОУ выполняется в интегральном исполнении. Основное назначение - построение устройств с фиксированным коэффициентом усиления. ОУ имеет два входа и один выход. При использовании инвертирующего входа фаза сигнала на выходе меняется на 180°. При использовании не инвертирующего входа фаза сигнала на выходе не меняется.
Первый каскад представляет собой дифференциальный УПТ с непосредственной связью (рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема ОУ
Второй каскад выполняется по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель) для согласования большого выходного сопротивления УПТ с малым сопротивлением нагрузки.
Требования предъявляемые к операционным усилителям:
- большой коэффициент усиления (десятки и сотни тысяч раз);
- большое входное сопротивление (сотни кОм);
- малое выходное сопротивление (сотни Ом);
- широкая полоса пропускания.
Задание
1. Изучить работу операционного усилителя.
2. Исследовать зависимость коэффициента усиления ОУ от глубины обратной связи.
3. Исследовать зависимость коэффициента усиления ОУ от величины внешней нагрузки.
4. Исследовать влияние ООС на амплитудно-частотные искажения.
5. Сделать выводы по работе.
Аппаратура и пособия
1. Макет усилителя.
2. Генератор сигналов ГЗ-36.
3. Милливольтметр ВЗ-38.
4. Лабораторный стол СПЭ-8.
Ход работы
1. Ознакомиться с макетом усилителя (рисунок 1) и измерительной аппаратурой.
Рисунок 1 – Схема установки ОУ (R3 - переменный резистор, с помощью которого можно изменять глубину ООС (R3mах=470 кОм). Rн - переменный резистор, с помощью которого можно изменять величину внешней нагрузки (Rн mах=33 кОм). R1, R2 - ограничительные резисторы (R1, R2=l кОм). Используется 2-х полярный источник питания. C1 - корректирующий конденсатор. ПРИМЕЧАНИЕ: вход, на который не подается сигнал, заземляется.)
2. Подключить измерительную аппаратуру макета и усилителя.
3. Установить напряжение генератора ГЗ-36, Uвx=10 мВ, F=1кГц, R3=470 кОм (в положении 10), Rн=33 кОм (в положении 10).
4. Исследование зависимости коэффициента усиления ОУ о глубины ООС:
а) Построить теоретическую зависимость коэффициента усиления ОУ от величины элемента ООС R3 по двум точкам R3=0 и R3=470 кОм, К= f (R3);
б) подключить к выходу ОУ милливольтметр ВЗ-38 Б;
в) изменяя величину элемента обратной связи R3 записать в таблицу 1 значение Uвых, подсчитать коэффициент усиления;
г) построить графики зависимостей коэффициента усиления от R3 (теоретический и экспериментальный);
д) сделать соответствующие выводы.
Таблица №1 – Величины обратной связи в ОУ
Положение R3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Uвых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Исследование зависимости коэффициента усиления О от величины внешней нагрузки:
а) установить R3 в положение 10 (R3=470 кОм);
б) изменяя величину Rн записать в таблицу 2 значение напряжения выхода, подсчитать коэффициент усиления;
в) сделать соответствующие выводы.
Таблица №2 – Изменение величины нагрузки
Положение Rн |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Uвых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Исследование влияния ООС на амплитудно-частотную характеристику ОУ:
а) установить Rн в положение 10, R3 в положение 0;
б) изменяя частоту входного сигнала записать в таблицу значение коэффициента усиления при β 1 (R3 - min);
в) установить R2 в положение 2;
г) изменяя частоту входного сигнала записать в таблицу 3 значение коэффициента усиления при β2.
Таблица №3 – Изменения частоты входного сигнала
F, кГц |
0,05 |
0,1 |
1 |
2 |
10 |
20 |
40 |
50 |
К при β1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
К при β2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИМЕЧАНИЕ: β1 и β2 – коэффициент обратной связи;
д) построить графики зависимости К = f (F) при β1 и К = f (F) при β2;
е) сделать соответствующие выводы.