Амплитудная характеристика

Uвх В Uвх, В
Uвых, В

4. По осциллограммам входного и выходного сигналов проведите измерение амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик усилителя, изменяя частоту генератора от 28 кГц до 300 кГц (20-30 значений). Для оценки АЧХ определите уровни U_вх и U_вых, а затем их отношение K. Результаты внесите в табл.7.2.

36

Таблица 7.2

Амплитудно-частотная характеристика

F, кГц
Uвх, В
Uвых, В
K
t, мкс
, ()

Фазо-частотную характеристику можно определить, измеряя смещение по времени t входного сигнала относительно выходного. Сдвиг фаз  вычисляется по формуле . Полученные значения внесите в табл.7.2, постройте графики АЧХ и ФЧХ.

5. Повторите измерения по пункту 4 при максимальном значении резистора обратной связи R₂.

6. Переключите генератор и осциллограф на вход усилителя через разделительный конденсатор C_р (узел 1). Повторите измерения по пунктам 4 и 5, представьте их результаты в таблицах и отобразите графически. Проведите сравнительный анализ частотных характеристик при наличии и отсутствии разделительной емкости. Объясните полученные результаты.

Для пытливых

7. Проведите имитационное моделирование исследуемого усилителя (рис. 7.1) с помощью, например, пакета программ MicroCAP V. Сравните результаты моделирования и экспериментальных исследований.

8. Самостоятельно смонтируйте цепь на рис.7.1 и экспериментально исследуйте ее характеристики.

37

Моделирование

На рис. 7.2 показан пример модели усилителя сигнала на базе операционного усилителя (ОУ) для ее простейшей реализации, файл Lab10_1.cir, а результаты ее работы приведены на рис. 7.3. Как видно, при амплитуде входного гармонического напряжения и коэффициенте усиления цепи 100 выходной сигнал достигает уровня 100В, хотя это невозможно, так как напряжение питания равно .

Если использовать более точную модель того же ОУ из системной библиотеки, учитывающую нелинейные свойства (файл Lab10_2.cir). Результаты работы модели представлены на рис. 7.4. В этом случае выходной сигнал имеет явно негармоническую форму и его уровень ограничен напряжениями питания.

Рис. 7.2

38

Рис. 7.3

Рис. 7.4

39

В обоих случаях сдвиг фаз между выходным и входным сигналами равен 180⁰, что соответствует инвертирующему усилителю рис. 7.1.

На рис. 7.5 показаны амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики усилителя в логарифмическом масштабе по оси частот.

Как видно, результаты моделирования отражают частотные свойства ОУ, которыми обусловлен завал АЧХ в области верхних частот.

Моделирующая программа позволяет проводить спектральный анализ исследуемых сигналов в режиме временного анализа (функция HARM(v(out)), файл модели Lab10_2.cir). Спектр амплитуд сигнала на выходе усилителя вида рис. 7.4. показан на рис.7.6.

Рис. 7.5

40

РиРис. 7.6

Рассматриваемый сигнал имеет значительные гармоники, по их величине можно определить коэффициент нелинейных искажений усилителя, исследовать его зависимость от уровня входного сигнала.