М4.1. Измерение коэффициента усиления

На рис. М2 показана функциональная схема установки для измерения коэффициента усиления усилителя A1, содержащая лабораторный генератор PG1 и два вольтметра PV1 и PV2. Для контроля формы кривой входного и выходного напряжений используется осциллограф PS1.

М4.1. Измерение коэффициента усиления - student2.ru

Рис. М2. Функциональная схема, используемая для измерения
коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивления усилителя,
а также для снятия его АХ, АЧХ и ПХ

Измерению подлежат коэффициенты усиления по напряжению K=U2/U1, по ЭДC KE = U2/E1. По току KI = I2/I1 и по мощности Kр = P2/P1.рассчитываем

KI = K·Rвх/R2H,

Kр = K·KI = K2 * Rвх/ R2H, (М1)

где R – внутреннее сопротивление источника сигнала, равное сопротивлению резистора R1, а Rвх = U1/I1 – входное сопротивление усилителя, методика измерения которого изложена ниже.

Перед непосредственным измерением следует проверить соединения схемы (рис. М2), установить переключатель (тумблер) S1 в положение 1, включить питание приборов и лабораторного макета. Плавно увеличивая входное напряжение U1 средней частоты (f0 = 1 кГц), наблюдать форму выходного сигнала. При появлении сколько-нибудь заметных искажений синусоидального сигнала (притупление-ограничение вершины или впадины) зафиксировать полученные предельные значения Е1mах, U2mах и, переведя переключатель S1 в положение 2, определить U1max,

В целях снижения погрешности измерений при измерении коэффициентов усиления K, KE и снятии характеристик: амплитудной (АХ), амплитудно-частотной (АЧХ) и переходной (ПХ) – напряжения входного сигнала Е1 и U1 устанавливаются с таким расчетом, чтобы выходное напряжение не превышало 0,5U2mах с удобным округленным значением, например U2 = 1 В.

Измерение коэффициента усиления ОУ без ОС заслуживает дополнительного пояснения. В связи с тем что KОУ достигает нескольких порядков, в номинальном режиме напряжение на его входе составляет доли мВ, что соизмеримо с уровнем шумов в исследуемом макете.

Сначала подготавливаем проведение эксперимента. При выключенном генераторе сигнала в режиме УПТ ручку уровня сигнала на генераторе устанавливаем в положение 30 дБ, ручку плавной регулировки уровня до упора влево. На входном вольтметре установлена шкала 1 мВ, на выходном – 1 В. При развертке 5–10 mS на экране осциллографа видим шумы и наводки от сети переменного тока.

Приступаем к измерениям. Включаем генератор, подаем на вход усилителя сигнал с частотой 30–40 Гц. Плавно, аккуратно увеличиваем уровень сигнала. Некоторое время стрелка входного вольтметра не двигается. Это говорит о том, что уровень сигнала меньше уровня шумов. На выходе ОУ осциллограф покажет гармонический сигнал раньше, чем на входе. Увеличиваем сигнал на входе ОУ до тех пор, пока выходной сигнал U2 не достигнет величины 1 В. В этой позиции следует зафиксировать величину входного сигнала U1. Изменяя в какую-либо сторону подаваемый от генератора сигнал, получаем новые значения напряжений U1′ и U2′. Отношение приращений ∆U2/∆U1 дает искомый ответ KОУ.

М4.2. Измерение входного сопротивления усилителя

Для измерения Rвх на частоте f0 независимо от вида усилителя используется косвенный метод, обладающий достаточной точностью, с помощью схемы на рис. М.2, из которой следует, что Rвх = U1/I1. Учитывая, что
I1 = (E–U1)/R1, получим

Rвх = U1R1/(E–U1), (М2)

М4.3. Измерение выходного сопротивления усилителя

Метод измерения Rвыx основан на том, что эквивалентная схема усилителя в форме четырехполюсника содержит зависимый источник ЭДС, равной Е2, с внутренним (выходным) сопротивлением Rвыx, которые остаются на частоте f0 неизменными при E1 = const (или U1 = const). Само измерение ведется по схеме рис. М.2, в которой предусмотрено изменение сопротивления нагрузки R2H с помощью переключателя S2.

В положении 1 измеряется выходное напряжение

U2,1 = R2н1Е2/(Rвыx + + R2н1),

в положении 2 измеряется выходное напряжение

U2,2= R2н2E2/(Rвыx+R2н2)

при неизменном Е1 (или U1). Из этих уравнений получаем

Rвыx = R2н1R2н2 (U2,2–U2,1)/(U2,1R2н2–U2,2R2н1). (М3)

Естественно, что в настоящем исследовании необходимо вести наблюдение формы выходного сигнала и не допускать его заметного искажения.

Наши рекомендации