Лабораторная работа №1 Исследование характеристик операционного усилителя

Первая работа является вводной, она проводится при первом посещении лаборатории, служит для приобретения некоторых навыков, необходимых для успешного выполнения основных работ цикла и преследует две цели:

1. Ознакомление со стендом и измерительной аппаратурой, приобретение навыков подготовки и настройки приборов.

2. Снятие статических и динамических характеристик операционного усилителя.

Программа работы

1. Установить нули всех операционных усилителей. Установка нулей производится через 5 минут после включения стенда и измерительных приборов.

2. Снять статические характеристики операционного усилителя при разных значениях сопротивлений и, то есть при разных значениях коэффициента передачи.

3. Снять амплитудную (АЧХ) и фазовую (ФЧХ) частотные характеристики операционного усилителя.

4. Составить отчет.

Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации применяемых измерительных приборов, произвести калибровку осциллографа и вольтметра, настроить генератор.

Порядок выполнения работы

1. Установка нулей операционных усилителей.

На рис.3 приведена блок-схема операционного усилителя, основным элементом которого является усилитель постоянного тока (УПТ). При работе ОУ в режиме усиления или развязки пассивных цепей входной сигнал подается на одни из входов усилителя, а один из его выходов соединяется с каким-либо входом (отрицательная обратная связь). Значение статического коэффициента передачи k зависит от выбора величин сопротивлений на входе ОУ и в цепи обратной связи, так как

Перед началом работы необходимо с помощью потенциометров П1 – П6 установить нули выходных напряжений всех шести ОУ при . Установка нулей производится следующим образом:

1. вход ОУ через сопротивление кОм соединить с общим проводом («Земля»);

2. выход ОУ через сопротивление кОм соединить со входом (отрицательная обратная связь);

3. выход ОУ соединить со входом вольтметра через гнездо «I» – «II» (режим ручной коммутации);

4. подать питание на стенд (включить тумблер «Питание 27 В»);

5. вращением соответствующего потенциометра установки нуля необходимо добиться равенства нулю напряжения на выходе усилителя с точностью ± 5 mV;

6. операцию повторить пять раз с другими усилителями стенда.

Примечание. Операция установки нулей производится перед началом всех последующих работ и всякий раз при изменении коэффициента усиления усилителя.

2. Снятие статических характеристик операционного усилителя.

   1. Статические характеристики снимаются при помощи вольтметра путем поочередного измерения напряжения на входе и выходе ОУ (режим ручной коммутации).

Исследование статических характеристик производится для одного усилителя при двух значениях коэффициента передачи «k» (значения «k» задаются преподавателем).

Для снятия статических зависимостей необходимо:

1. подать постоянное напряжение от источника питания (гнездо «–») на вход ОУ с заданным коэффициентом усиления «k» и одновременно на гнездо «I» (режим ручной коммутации);

2. соединить выход усилителя с гнездом «II», при этом, при переключении тумблера ручной коммутации слева направо на вход вольтметра, подключенного к клемме "ИП", будет подаваться то входное напряжение усилителя, то выходное;

3. снять зависимость при двух значениях «k». Уровень входного напряжения менять потенциометром «–». Измерения производить для положительных и отрицательных ветвей характеристики изменяя входное напряжение через один вольт до полного поворота ручки потенциометра «–».

1. Снятие частотных характеристик операционного усилителя.

Для снятия частотных характеристик необходимо:

1. подключить внешний генератор к стенду через клемму «ГС»;

2. подать синусоидальное напряжение на ОУ, соединив его вход с гнездом «sin»;

3. снять зависимость амплитуды и фазы выходного сигнала от частоты. Диапазон изменения частот 1 – 200 кГц.

АЧХ и ФЧХ снимаются с помощью двухлучевого осциллографа, при этом на первый канал (первый луч) подается сигнал со входа ОУ, а на второй канал с выхода ОУ.

Уровень входного сигнала устанавливается потенциометром «sin» так, чтобы картина на экране осциллографа была устойчива, наглядна и не имела искажений. Для каждого значения частоты устанавливается соответствующий диапазон развертки осциллографа так, чтобы на экране умещалось примерно 1,5 периода.

Измерения параметров производятся при одновременном наблюдении на экране осциллографа двух синусоидальных сигналов, как это показано на рис.4.

Рис. 4

Перед проведением измерений необходимо расположить оба сигнала симметрично относительно средней горизонтальной линии экрана осциллографа. При проведении измерений необходимо учитывать, что ОУ инвертирует входной сигнал. Поэтому при отсутствии сдвига по фазе () входной и выходной сигнал находятся в противофазе.

Амплитуда входного и выходного сигналов ии значения Т и (рис.4) измеряются в экранных делениях соответствующих осей. Модуль частотной характеристики вычисляется по формуле: ,

фаз – по формуле: .

Точное измерение амплитуды входного и выходного сигнала ОУ может производиться с помощью вольтметра.

Результаты измерений заносятся в таблицу вида:

f		Aвх	Авых	А	Т		
Гц	1/c	дел.	дел.		дел.	дел.	град.

При снятии характеристик необходимо зафиксировать момент наступления частотных искажений.