200101_jeimpt_lr_2012

Разность фаз между входным и выходным
синусоидальными сигналами на частоте 1кГц (измерение)	= ____________
Верхняя граничная частота усилителя (измерение)	fВЧ = ___________

R1 = 1 кОм, R2 = 10 кОм		R1 = 1 кОм, R2 = 10 кОм

а)

б)

Рисунок 10.5 –АЧХ (а) и ФЧХ (б) неинвертирующего усилителя на ОУ

Эксперимент 3. Измерение времени нарастания выходного напряжения неинвертирующего усилителя

Выходное напряжение (измерение)

UВЫХ = ____________

Время установления выходного напряжения

(измерение)

tУСТ = _____________

Скорость нарастания выходного напряжения

(расчет по результатам измерений)

VU.ВЫХ = ___________

Рисунок 10.6 – Осциллограмма выходного напряжения схемы

141

10.6 Вопросы для самопроверки

1.Из каких условий выводится выражение для коэффициента усиления схемы, приведенной на рисунке 10.1?

2.Какова разность фаз между входным и выходным сигналами неинвертирующего усилителя на ОУ, чем она определяется?

3.Какие параметры ОУ и схемы его включения влияют на вид АЧХ

иФЧХ исследованного усилителя?

4.Существенно ли различие в значениях измеренной и вычисленной постоянной составляющей выходного напряжения схемы, приведенной на рисунке 10.1?

5.От чего зависит уровень постоянной составляющей выходного напряжения схемы неинвертирующего усилителя на ОУ, приведенной на рисунке 10.1?

6.С помощью какого прибора Electronics Workbench можно экспериментально измерить коэффициент усиления схемы на ОУ?

7.Чем определяется время и скорость нарастания выходного напряжения схемы неинвертирующего усилителя на ОУ?

8.Что характеризует скорость нарастания выходного напряжения функционирование схемы или ОУ?

Лабораторная работа № 11 Исследование инвертирующего усилителя

11.1 Цель работы

1.Изучение схемы включения ОУ и назначения ее элементов.

2.Измерение и расчет коэффициента усиления инвертирующего усилителя на ОУ.

3.Определение разности фаз между выходным и входным синусоидальным напряжением инвертирующего усилителя на ОУ.

4.Исследование динамических характеристик инвертирующего усилителя на основе ОУ.

5.Исследование влияния коэффициента усиления схемы, на постоянную составляющую выходного напряжения инвертирующего усилителя.

142

11.2 Приборы и элементы

Осциллограф – группа Instruments Боде-плоттер – группа Instruments Функциональный генератор – группа Instruments

Операционный усилитель LM741 – группа Analog ICs Резисторы – группа Basic

11.3Краткие сведения из теории

Схема инвертирующего усилителя, выполненного на ОУ, охваченном параллельной отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению, приведена на рис. 11.1. Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя в первом приближении определятся по формуле:

KU R2 R1 .

(11.1)

Рисунок 11.1 – Инвертирующий усилитель на ОУ

Знак «минус» в представленной формуле означает, что выходное напряжение инвертирующего усилителя находится в противофазе с входным напряжением, т.е. происходит сдвиг по фазе выходного сигнала на 180 .

143

В случае инвертирующего усилителя входной сигнал и сигнал ООС суммируются с помощью резисторов R1 и R2, которые определяют коэффициент усиления схемы.

Резистор R3 вводится в усилитель с целью уменьшения составляющей выходного напряжения, вызванной неравенством входных токов инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ. Полное устранение указанной составляющей выходного напряжения достигается при равенстве сопротивления резистора R3 сопротивлению параллельно включенных резисторов R1 и R2:

R R		// R	R1	R2	.	(11.2)
3	1	2	R1	R2

Ввиду малости входных токов ОУ и их разности в первом приближении можно считать, что постоянная составляющая выходного напряжения UO.ВЫХ усилителя зависит от коэффициента усиления KU схемы и напряжения смещения UСМ и вычисляется по формуле:

UO.ВЫХ UСМ KU .

(11.3)

11.4Порядок проведения экспериментов

Эксперимент 1. Исследование работы инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Создайте схему, изображенную на рис. 11.2. Установочные параметры приборов должны соответствовать изображению, представленному на рисунке. Приведите исследуемую схему в разделе «Содержание отчета» (рис. 11.4).

Рассчитайте коэффициент усиления напряжения KU усилителя по заданным значениям параметров компонентов схемы. Включите схему. Для установившегося режима измерьте амплитуды входного UBX и выходного UВЫХ синусоидальных напряжений, а также постоянную составляющую выходного напряжения UO.ВЫХ. По результатам измерений вычислите коэффициент усиления по напряжению KU исследуемой схемы.

Определите по фазочастотной характеристике (ФЧХ) разность фаз входного и выходного синусоидальных напряжений усилителя на частоте 1 кГц, для чего используйте Боде-плоттер в режиме «Phase». Определите по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) верхнюю

144

граничную частоту усилителя. Для этого используйте Боде-плоттер

врежиме «Magnitude». Прведите полученные характеристики в разделе «Содержание отчета» (рис. 11.5).

Используя значение напряжения смещения UCM, вычисленное

влабораторной работе № 9, и вычисленное теоретическое значение коэффициента усиления, полученное в настоящей работе, определите постоянную составляющую выходного напряжения UO.ВЫХ.

145

В раздел «Содержание отчета» занесите результаты расчетов, измерений и расчетные формулы, приведите принципиальную схему исследуемого каскада с учетом стандартных обозначений без отображения

Рисунок 11.2 – Схема исследования инвертирующего усилителя на ОУ

используемых измерительных приборов, его АЧХ и ФЧХ с указанием характерных точек, полученных в результате выполненных измерений.

Эксперимент 2. Исследование влияния параметров элементов схемы на её характеристики

В схеме, приведенной на рис. 11.2, установите значение сопротивления резистора R1 равным 10 кОм, а значение сопротивления резистора R3 установите в соответствие с выражением (11.2). Амплитуду

146

синусоидального напряжения генератора увеличьте до 100 мВ. Установите масштаб напряжения для канала «А» осциллографа 100 mV/div, а для канала «В» – 500 mV/div. Включите схему. Повторите все операции эксперимента 1 при новых параметрах компонентов схемы. Результаты занесите в раздел «Содержание отчета» (рис. 11.6).

Эксперимент 3. Измерение времени нарастания выходного напряжения инвертирующего усилителя

Создайте схему, изображенную на рис. 11.3. Включите схему. Зарисуйте осциллограмму выходного напряжения в раздел «Содержание отчета» (рис. 11.7). По осциллограмме определите величину выходного напряжения, время его установления и вычислите скорость нарастания выходного напряжения в В/мкс.

Рисунок 11.3 – Схема измерения времени нарастания усилителя

Запишите результаты измерений, расчетов, и использованные формулы в раздел «Содержание отчета».

11.5Содержание отчета

Эксперимент 1. Исследование работы инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения

Коэффициент усиления схемы по напряжению (расчет)	KU = ________
Амплитуда входного напряжения (измерение)	UВХ = _______
147

Амплитуда выходного напряжения (измерение) Коэффициент усиления схемы по напряжению (расчет

по результатам измерений)

Напряжение смещения (по результатам расчетов)

Постоянная составляющая выходного напряжения

(расчет)

Постоянная составляющая выходного напряжения

(измерение)

Разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами на частоте 1кГц (измерение)

Верхняя граничная частота усилителя (измерение)

UВЫХ = ______

KU = ________

UСМ = _______

UO.ВЫХ = _____

UO.ВЫХ = _____

= _________

fВЧ = _______

Рисунок 11.4 – Принципиальная схема исследуемого каскада

R1 = 1 кОм, R2 = 100 кОм		R1 = 1 кОм, R2 = 100 кОм

а)

б)

Рисунок 11.5 –АЧХ (а) и ФЧХ (б) инвертирующего усилителя на ОУ

Эксперимент 2. Исследование влияния параметров элементов схемы на её характеристики

Коэффициент усиления схемы по напряжению (расчет)	KU = ________
Амплитуда входного напряжения (измерение)	UВХ = _______
Амплитуда выходного напряжения (измерение)	UВЫХ = ______
148

Коэффициент усиления схемы по напряжению (расчет по результатам измерений)

Напряжение смещения (по результатам расчетов)

Постоянная составляющая выходного напряжения

(расчет)

Постоянная составляющая выходного напряжения

(измерение)

Разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами на частоте 1кГц (измерение)

Верхняя граничная частота усилителя (измерение)

KU = ________

UСМ = _______

UO.ВЫХ = ____

UO.ВЫХ = ____

= _________

fВЧ = ________

R1 = 10 кОм, R2 = 100 кОм		R1 = 10 кОм, R2 = 100 кОм

а)

б)

Рисунок 11.6 –АЧХ (а) и ФЧХ (б) инвертирующего усилителя на ОУ

Эксперимент 3. Измерение времени нарастания выходного напряжения инвертирующего усилителя

Рисунок 11.7 – Осциллограмма выходного напряжения схемы

Выходное напряжение (измерение)	UВЫХ = __________
Время установления выходного напряжения	tУСТ = ___________
(измерение)
Скорость нарастания выходного напряжения
(расчет по результатам измерений)	VU.ВЫХ = _________
149

11.6 Вопросы для самопроверки

1.Как рассчитать коэффициент усиления схемы, приведенной на рис. 11.2?

2.Как измерить разность фаз между входным и выходным напряжением в схеме инвертирующего усилителя на ОУ?

3.Оцените различия между измеренной и вычисленной постоянной составляющей выходного напряжения.

4.Сколько процентов от амплитуды выходного напряжения, измеренного в эксперименте 1, представляет постоянная составляющая?

5.Какие параметры схемы, приведенной на рис. 11.2, влияют на ее коэффициент усиления, почему?

6.Как влияет коэффициент усиления схемы инвертирующего усилителя на ОУ на постоянную составляющую выходного напряжения?

Лабораторная работа № 12 Исследование инвертирующего сумматора на ОУ

12.1 Цель работы

1.Анализ работы схемы суммирующего усилителя на ОУ.

2.Исследование суммирования двух постоянных входных напряжений.

3.Исследование суммирования постоянного и переменного входного напряжения.

4.Исследование суммирования двух переменных входных напряжений.

12.2 Приборы и элементы

Мультиметр – группа Instruments Амперметр – группа Instruments

Осциллограф – группа Instruments Функциональный генератор – группа Instruments

Источник постоянного напряжения – группа Sources Операционный усилитель LM741 – группа Analog ICs

150