Усилитель с Т-образной обратной связью

При проектировании усилителя с высоким коэффициентом усиления (например, K_о.с =1000) R_о.с может стать недопустимо большим. Так, для обеспечения K_о.с =1000, при выборе R1 = 10 ком, R_о.с = 1 МОм.

рис. 1.4

На рис 1.4 показана схема с Т-образной обратной связью, позволяющей обеспечить высокий коэффициент усиления при относительно небольших номиналах резисторов в цепи ОС.

Коэффициент усиления схемы определяется следующим образом. Так как потенциалы входов ОУ практически равны и соответствуют по­тенциалу земли, ток I1, протекающий через резистор R1,

. (11)

Напряжение в точке А практически равно нулю, поэтому напряжение в точке В определяется следующим выражением:

U_в = – R21 × I1. (12)

Следовательно, ток I2, протекающий через резистор R22

. (13)

Так как напряжение в точке С представляет собой выходное нап­ряжение U_вых, то

. (14)

С учетом того, что I2 + I3 = I1 выражение (14) представим в виде:

. (15)

Подставив в выражение (15) выражения (11)...(13) получим:

(16)

В этом случае коэффициент усиления

. (17)

При R1=10 кОм и K_о.с = 1000 необходимо, чтобы

R21 + R23 (1 + R21 / R22) = 10 Мом.

Это условие выполняется при R21 = R23 = 100 кОм и R22 = l,02 кОм.

Сопротивление резистора R3 определяется в этом случае по фор­муле

R3 = [1/R1 + 1/(R21 + R22) + 1/R23] ^–1. (18)

Последовательность выполнения работы.

Выполнение работы в программе Multisim

2.1. Соберите исследуемые схемы в рабочем окне программы. В качестве примера на рис.1.5. показана схема инвертирующего усилителя. Для исследования схемы воспользуйтесь необходимыми инструментами, в частности осциллографом, генератором гармонических колебаний, плоттером.

2.2. Для реальной сборки исследуемых схем воспользуйтесь лабораторной установкой, которая представляет собой макет со смонтиро­ванным на плате операционным усилителем, источником двуполярного стабилизированного напряжения и набором пассивных элементов, расположенных на лицевой панели макета. Схемы исследуе­мые в лабораторных работах № 1 – 5 собираются при помощи соедини­тельных проводов оснащенных штекерами.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему инвертирующего усилителя.

2. Снять и построить АЧХ усилителя для различных коэффициентов усиления схемы (коэффициенты усиления задаются преподавателем). U_вх = const.

3. Собрать схему неинвертирующего усилителя.

4. Снять и построить АЧХ усилителя в режимах малых и больших входных сигналов (U_{вх –} = 10 мВ, U_вх = 1 В). Коэффициенты усиления за­даются преподавателем.

5. Собрать схему усилителя с Т-образной обратной связью, пред­варительно рассчитав схему по заданному преподавателем коэффициен­ту усиления. Экспериментальным путем определить коэффициент усиле­ния схемы.

Составление отчета

Отчет должен содержать:

а) принципиальную схему исследуемых устройств;

б) результаты экспериментальных исследований;

в) выводы по работе.

5. Контрольные вопросы

1. Что означают термины «коэффициент усиления по напряжению ОУ без ОС» и «коэффициент усиления по напряжению с ОС»? В чем сос­тоит их различие?

2. Чему приблизительно равно входное сопротивление ОУ для ис­точника сигналов при включении ОУ по инвертирующей схеме?

3. Каково соотношение между входными сопротивлениями неинвертирующего и инвертирующего усилителей?

4. Что представляет собой синфазное напряжение ОУ?

5. В чем заключается принцип частотной коррекции ОУ?

6. Какова область применения повторителей напряжения на ОУ?

7. Каким образом можно минимизировать влияние токов смещения ОУ? Каков источник возникновения напряжения сдвига?

8. В чем различие параметров идеального и реального ОУ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
В ЛИНЕЙНЫХ СХЕМАХ

Цель работы: Экспериментальное исследование и расчет типо­вых линейных схем на операционных усилителях.

Задания:

1) изучить принцип действия основных линейных схем на ОУ;

2) ознакомиться с процедурой расчета линейных схем;

3) провести экспериментальное исследование сумматора, вычитающего устройства, интегратора и дифференциатора.