Работа № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНВЕРТИРУЮЩЕЙ И НЕИНВЕРТИРУЮЩЕЙ СХЕМ ОУ

Цель работы: научить вычислять и измерять коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей с идеализированным ОУ.

Инвертирующая схема ОУ показана на рис. 4.

Используя правило 2, для инвертирующеговхода можно записать (R₁ и R₂ – величины сопротивлений резисторов R1 и R2)

, откуда , и_н = 0.

Согласно правилу 1 е_н – е_и » 0, т. е. е_н » е_и. Следовательно:

.

Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется как

.

Знак "–" показывает, что входное и выходное напряжения ОУ находятся в противофазе, т. е. сдвинуты друг относительно друга на 180°.

Для неинвертирующей схемы ОУ (рис. 5), используя правило 2, соотношение для определения и_и запишется в виде:

, откуда , и_н = U₂.

Используя правило 1, получаем

,

т. е. коэффициент усиления неинвертирующего ОУ определяется соотношением

.

Рис. 4

Рис. 5

Выражения для коэффициентов усиления k_и и k_н соответствуют общему выражению для определения коэффициента усиления идеального ОУ в линейном режиме с бесконечным собственным коэффициентом усиления, охваченного ООС. Принципиально важным является то, что величина и стабильность коэффициента усиления определяются пассивными элементами, входящими в цепь ООС, т. е. резисторами R1 и R2.

Порядок выполнения работы

1. Выбрать резисторы сопротивление резисторов R1 и R2 в диапазоне (1 ... 100) кОм таким образом, чтобы R₂/R₁ £ 3.

2. Рассчитать коэффициенты усиления k_и и k_н.

3. Определить разброс рассчитанных k_и и k_н с учетом допусков на выбранные резисторы:

,

где d_R = DR/R – относительная погрешность;

DR – абсолютная погрешность;

R –номинальное значение выбранного сопротивления резистора.

Например, для R = 30 кОм ±5%, DR = 1,5 кОм). Тогда

; ;

;

4. Рассчитать и построить зависимости U_вых = f(U_вх) при k_min и k_max отдельно для инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Графики предъявить преподавателю. (Графики не должны быть мелкими, поскольку на них будут наносится результаты эксперимента). Проверить расчеты с помощью программы MathCAD. Пример расчета характеристик инвертирующего усилителя приведен на рис. 6, а неинвертирующего – на рис. 7.

Рис. 6

Рис. 7

5. Собрать схему инвертирующего усилителя (рис. 8). На инвертирующий вход подключить датчик сигнала ДС, расположенный на универсальном стенде, установив переключатель диапазонов в положение "Постоянное".

6. Включить питание стенда. Изменяя с помощью датчика сигнала входное напряжение, измерить и занести в таблицу значения входных и выходных напряжений (10...15 измерений в диапазоне линейного изменения U_вых). Отключить питание стенда. По результатам измерений построить график U_вых = f(U_вх) в одних осях с расчетными характеристиками. Сравнить полученные результаты.

7. Собрать схему неинвертирующего усилителя (рис. 9). Датчик сигнала подключить к неинвертирующему входу. Повторить измерения по п. 6. Отключить питание стенда.

Рис. 8

Рис. 9

Содержание отчета

1. Схемы исследуемых усилителей.

2. Результаты расчетов коэффициентов усиления.

3. Графики и таблицы по результатам расчетов и измерений.