Экспериментальная часть. Для инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального усилителей построить

Задание

Для инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального усилителей построить кривые зависимости выходного напряжения от входного напряжения при различных сопротивлениях отрицательной обратной связи. Изучить ослабление синфазного сигнала в дифференциальном усилителе.

Порядок выполнения эксперимента

• Соберите цепь инвертирующего усилителя, как показано на принципиальной схеме (рис. 3.5.3) и монтажной схеме (рис. 3.5.4). С помощью мультиметра измерьте величины выходного напряжения U_ВЫХ при различных сопротивлениях отрицательной обратной связиR_ОС и входных напряжениях U_ВХ согласно табл. 3.5.1. Занесите эти значения в верхние строки табл.3.5.1, а нижние оставьте для неинвертирующего усилителя.
• На графике (рис. 3.5.7) постройте кривые зависимостей U_ВЫХ(U_ВХ) при различных сопротивлениях отрицательной обратной связи R_ОС.

Таблица 3.5.1

UВХ, В	-10	-8	-6	-4	-2
UВЫХ , В при RОС= 10 кОм
UВЫХ, В при RОС= 22 кОм
UВЫХ , В при RОС= 47 кОм

· Соберите цепь неинвертирующего усилителя (рис. 3.5.5 и 3.5.6), и снова измерьте выходное напряжение U_ВЫХ при тех же значениях сопротивления отрицательной обратной связи R_ОС и входного напряжения U_ВХ согласно таблице 3.5.1. Постройте графики на том же рис.3.5.7.

· Соберите цепь дифференциального усилителя (рис. 3.5.8 и 3.5.9). Подайте сначала на оба входа одно и тоже напряжение, например, от регулируемого источника постоянного напряжения -13…+13 В. Потенциометр при этом не используется.

· Регулируя синфазное входное напряжение согласно табл. 3.5.2, измерьте значения и постройте график выходного напряжения в функции от входного (рис.3.5.10).

· Замените в схеме два сопротивления 100 кОм сопротивлениями 10 кОм и подайте на один вход напряжение с потенциометра, а на другой – от регулируемого источника, как показано на рис. 3.5.8 и 3.5.9.

· Измерьте значения выходного напряжения U_ВЫХ при различных входных напряжениях U_ВХ1 и U_ВХ2, указанных в табл. 3.5.3. На рис. 3.5.11 постройте графики U_ВЫХ(U_ВХ1) при разных значениях U_ВХ2.

Рис. 3.5.3

Рис. 3.5.4

Рис. 3.5.5

Рис. 3.5.6

Рис. 3.5.7

Таблица 3.5.2

UВХ1=UВХ2, В	-13	-10	-7	-4	-2
UВЫХ, В

Таблица 3.5.3

UВХ1, В	-6	-4	-2		+2	+4	+6
UВЫХ, В при UВХ2= -4 В
UВЫХ, В при UВХ2= 0 В
UВЫХ, В при UВХ2= 4 В

Рис. 3.5.8

Рис.3.5.9

Рис. 3.5.10.

Рис.3.5.11

Снятие частотных характеристик операционного усилителя

Общие сведения

Операционный усилитель, предназначенный для универсального применения, ведёт себя как апериодическое звено первого порядка, и его частотная характеристика описывается уравнением

,

K₀ – коэффициент усиления при нулевой частоте,

w - круговая чатота,

w_ср – частота среза (частота при которой коэффициент усиления снижается в раз),

K(w) – амплитудно-частотная характеристика,

j(w) – фазочастототная характеристика.

Круговая частота w в этих выражениях может быть заменена циклической частотой f.

Амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики обычно изображают в логарифмическом масштабе по осям f и K(f). Причём, строят не точные характеристики, а их асимптотические приближения (рис.3.6.1). На рисунке f_т – частота единичного усиления, т.е. частота при которой коэффициент усиления усилителя без обратных связей становится равным единице. Частота среза (f_ср) зависит от петли отрицательной обратной связи и может быть определена из выражения f_т = K₀f_ср.

В данной работе для измерения входного и выходного напряжений служит миниблок «Измерительный преобразователь» («ИП»). Постоянное напряжение на его выходе равно действующему значению синусоидального напряжения на входе. Непосредственное измерение синусоидального напряжения мультиметром в данной работе 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.

Сдвиг фаз между входным и выходным напряжением измеряется с помощью осциллографа в режиме X – Y. При подключении к входам Х и Y синусоидальных сигналов на экране наблюдается эллипс (рис. 3.6.2). При сдвиге фаз, равном нулю, он вырождается в прямую линию, а при 90⁰ – в окружность. Угол сдвига определяется по формуле:

Для большей точности и удобства измерений при каждом измерении эллипс нужно вписывать в квадрат одного и того же размера плавной регулировкой чувствительности осциллографа по горизонтальной и вертикальной оси.