Экспериментальная часть. Снять амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики операционного усилителя

Задание

Снять амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики операционного усилителя К140УД608А (ОР07СР) в схеме инвертирующего (или неинвертирующего) усилителя с коэффициентом усиления 200 и 100.

Порядок выполнения эксперимента

· Соберите цепь согласно принципиальной схеме (рис.3.6.3) и монтажной схеме (рис. 3.6.4). Делитель напряжения на входе цепи (резисторах 10 кОм и 100 Ом) необходим для удобства измерений малых входных напряжений. При этом входное напряжение будет в 100 раз меньше измеренного. На входе усилителя сначала установите сопротивление 470 Ом (коэффициент усиления около 200). Не используйте длинных проводов на входе усилителя, которые могут создавать помехи и привести к самовозбуждению схемы. Включите осциллограф.

· Установите ручку переключателя формы сигнала в положение «~», множитель частоты – в положение «×100», ручку-счётчик – в положение 000 (частота 100 кГц), ручку-регулятор амплитуды поверните в крайнее правое положение (максимальная амплитуда) и включите генератор. Проверьте, нет ли слишком сильных искажений выходного сигнала, запомните входное напряжение генератора. В дальнейшем поддерживайте это напряжение неизменным, время от времени корректируя его. Обязательно сделайте эту корректировку при переходе на другой диапазон частот, т.е. после изменения множителя.

· Переключите осциллограф в режим X – Y, регулировкой усилений по входам впишите эллипс в квадрат размером, например, 80×80 мм. Запишите в табл.3.6.1 входное и выходное напряжения, размеры А и В эллипса на экране осциллографа.

· Проделайте эти измерения при всех частотах, указанных в таблице, вычислите коэффициенты усиления и фазовые сдвиги, на рис. 3.6.5 постройте графики амплитудно и фазо- частотных характеристик.

· Повторите опыт и построение графиков при R_ВХ = 1 кОм(коэффициент усиления примерно 100).

Рис. 3.6.3

Рис. 3.6.4

Таблица 3.6.1

RВХ = 470 Ом, RОС = 100 кОм
f, кГц	UВХ, мВ	UВЫХ, В	K	А, мм	В, мм	j, град.

RВХ = 1 кОм, RОС = 100 кОм
f, кГц	UВХ, мВ	UВЫХ, В	K	А, мм	В, мм	j, град.

Рис. 3.6.5

Исследование схем суммирования, интегрирования и дифференцирования на операционном усилителе.

Общие сведения

Для суммирования нескольких напряжений обычно применяется операционный усилитель в инвертирующем включении (рис. 3.7.1.а). Входные напряжения через добавочные резисторы подаются на инвертирующий вход усилителя. Поскольку потенциал этой точки равен нулю, а ток через сопротивление обратной связи равен сумме токов в добавочных сопротивлениях, получим:

При R₁ = R₂ = … = R_n = R_ВХ, получим:

Рис. 3.7.1

Простейшая схема интегрирования представлена на рис. 3.7.1б. В ней мгновенное значение выходного напряжения равно напряжению на конденсаторе:

Но i_C(t)=-i_ВХ(t) = -u_ВХ(t)/R, поэтому

Постоянное слагаемое u_вых(0) определяет начальное условие интегрирования. Для «обнуления» начальных условий конденсатор необходимо перед началом интегрирования разрядить. При отсутствии входного сигнала выходное напряжение может дрейфовать вследствие интегрирования токов утечки. Для уменьшения этого дрейфа параллельно конденсатору включают большое сопротивление R_ОС. Но оно ограничивает частотный диапазон интегратора в области низких частот.

Амплитудно-частотная характеристика идеального интегрирующего усилителя описывается выражением:

Поменяв местами конденсатор с резистором в схеме интегрирования, получим дифференцирующий усилитель (рис. 3.7.1в). Резистор R1<<R вводится для повышения устойчивости усилителя на высоких частотах.

В этой схеме:

Выражение амплитудно-частотной характеристики дифференцирующего усилителя имеет вид:

При снятии частотных характеристик в данной работе входное и выходное напряжения измеряются с помощью миниблока «Измерительный преобразователь» («ИП»). Постоянное напряжение на его выходе равно действующему значению синусоидального напряжения на входе. Непосредственное измерение синусоидального напряжения мультиметром невозможно, так как его частотный диапазон ограничен от 40 до 400 (или 1000) Гц.К этому миниблоку необходимо подвести питание + и – 15 В, а также подсоединить к нему общую точку источника 0. В ходе работы входной зажим Измерительного преобразователя подключается к входу и выходу схемы усилителя, а вольтметр постоянного напряжения всегда остаётся подключённым к выходным зажимам измерительного преобразователя. Необходимо только переключать пределы измерения мультиметра в соответствии с уровнем измеряемого напряжения.