Работа № 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ОУ

Цель работы: Дать практические навыки работы со схемами дифференциальных усилителей.

Схема дифференциального усилителя показана на рис. 14. Для инвертирующего входа можно записать

.

Рис. 14

Для неинвертирующего входа

.

Поскольку е_и » е_н, напряжение на выходе ОУ будет определяться как

.

Если R₁ = R₃, а R₂ = R₄, то

,

т. е. на выходе ОУ получаем разность входных напряжений, умноженную на постоянный коэффициент. Если R₁ = R₂, то при сохранении условия R₁ = R₃, а R₂ = R₄

.

Порядок выполнения работы

1. Подобрать сопротивления резисторов R1, R2, R3 и R4 в пределах (1...100) кОм так, чтобы R₂ /R₁ £ 3, R₃ = R₁, а R₂ = R₄.

2. Собрать схему дифференциального усилителя (рис. 15). К инвертирующему входу подключить датчик сигнала (ДС), установив переключатель в положение "Постоянное". Установить на выходе источника постоянного напряжения (1...2) В и подключить его к неинвертирующему входу ОУ. Подключить вольтметры к инвертирующему входу и выходу ОУ.

Рис. 15

3. Включить питание стенда. Изменяя входное напряжение с помощью датчика сигнала, измерять напряжение на выходе ОУ и его инвертирующем входе (10...15) измерений. Результаты занести в таблицу 2. Отключить питание стенда.

Таблица 2

U1, В	–5	–4,5	…
Uвых, В
DUвх, В

4. Рассчитать DU_вх = U₂ – U₁ для каждой точки. Результаты занести в таблицу 2. По результатам построить график U_вых = f(DU_вх).

5. Подобрать R₂ = R₁ и, сохранив условие R₁ = R₃, а R₂ = R₄, повторить пп. 3 и 4.

Рис. 16

6. Подобрать сопротивление резистора R5 в пределах 510 Ом ... 1 кОм и конденсатор С1. Собрать схему, показанную на рис. 16.

7. Рассчитать с помощью программы MathCAD амплитуду и фазовый сдвиг напряжения и_вх2 при частоте f_uвх1 = 1 кГц. Для этого сначала необходимо построить частотные характеристики цепочки R5-С1, коэффициент передачи которой определяется как

.

Определив амплитуду и фазовый сдвиг напряжения и_вх2, можно построить график входных и выходного напряжений схемы. Программа, позволяющая провести все вычисления при R₅ = 1 кОм и С₁ = 0,1 мкФ, приведена на рис. 17.

Рис. 17

8. Проверить полученные результаты с помощью модели дифференцирующего усилителя, показанной на рис. 18а. Результаты моделирования показаны на рис. 18б.

а

б

Рис. 18

9. Подключить генератор синусоидального напряжения к свободному выводу R3 (установить частоту напряжения ЗГ 1 КГц и амплитуду 1 В).

Подключить питание стенда. По осциллографу установить амплитуду входного напряжения U_вх1 = 1 В. Зарисовать в одних осях осциллограммы U_вх1(t), U_вх2(t) и U_вых(t). Отключить питание стенда.

10. Установить R₂ = R₁ и повторить пп. 7–9. Отключить питание стенда.

Содержание отчета

1. Схемы исследуемых усилителей.

2. Таблица 2 и график U_вых = f(DU_вх).

3. Осциллограммы по пп. 7–10.