СПБ ГМТУ.
Кафедра киберфизических систем.
Дисциплина: «Электротехника и электроника».
Отчет по лабораторной работе № 6.
Исследование частотных свойств усилительного каскада на ОУ.
Выполнили:
студенты гр. 3224
Иванов И.И.
Петров П.П.
2021 год.
Цель работы: изучение методики формирования амплитудно- частотной характеристики (АЧХ) усилительного каскада на операционном усилителе (ОУ) и ознакомление со способами получения требуемой полосы пропускания каскада на ОУ.
Вариант № 13.
| Параметр | R1 | R2 | R3 | C1 | C2 | fH | f B | MH | MB | RH | RГ | CH |
| Размерность | кОм | кОм | кОм | нФ | нФ | Гц | кГц | кОм | кОм | нФ | ||
| Величина | 2,4 | 1,2 | 1,3 |
Расчет параметров усилительного каскада на операционном усилителе с инвертирующей схемой включения.
На рис.1. приведена схема для расчетов. «Из лекций известно, что конденсаторы, включенные последовательно прохождению сигнала (образующие дифференцирующую цепь), создают частотные искажения на нижних частотах (уменьшают коэффициент усиления). Это влияние оценивается коэффициентом частотных искажений на нижних частотах МН.»
Рис.1. Принципиальная электрическая схема инвертирующего усилителя на ОУ.
Частотные искажения ЧИ (уменьшение К) на нижних частотах вносят конденсаторы С1 и С2, поэтому частотные искажения каскада МНК=МНС1*МНС2. Для ЧИ на нижних частотах от конденсаторов С1 и С2 МНС=(1+(ωНR∑ C)2)0,5/ ωНR∑ C и соответственно С ≥ 1/ (ωНR∑(М2НС-1)0,5).
R∑ - сумма резисторов слева и справа от конденсатора.
МНС1=(1+(ωНR∑1 C1)2)0,5/ ωНR∑1 C1, где ωН=2π∙300 рад/сек; R∑1=RГ+R1=3,4 кОм; МНС1=1,03
МНС2=(1+(ωНR∑2 C2)2)0,5/ ωНR∑2 C2, где R∑2=RВЫХ К+RH; расчет RВЫХ К приведен в лекциях и РГР4, мы усреднено возьмем 50 Ом. МНС2=1,12
МНК=1,03∙1,12=1,15.
. На верхних частотах искажения вносятся усилителем ОУ и конденсатором СН, тогда МВК=МВ ОУ*МВСн
МВ ОУ=(1+(fBKK/f1)2)0,5; МВСн=((ωBRHCH)2+1)0,5; CH≤ (М2ВСн-1)0,5/ ωBRH. Где КК=R2/(R1+RГ) – максимальный коэффициент усиления каскада, КК=65/3,4=19; f1- справочный параметр ОУ, частота единичного усиления (1-10 МГц), берем для простоты 1,0 МГц.
МВ ОУ получается больше заданного МВ необходимо брать более высокочастотный ОУ с большей f1. МВСн=((ωBRHCH)2+1)0,5= 1,07
МВК=МВ ОУ*МВСн=1,15∙1,07=1,23.
Для построения графика требуются КН=КК/МНК и КВ=КК/МВК- коэффициенты усиления на нижней и верхней граничных частотах.
КН=19/1,15=16,5; КВ=19/1,23=15,5.
 |
.
Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика каскада рис.1.
Сравнивать АЧХ усилителей с разными К удобней используя нормированные АЧХ. НАЧХ получается делением К/Кмак.
Рис.3. Нормированная АЧХ каскада рис.1.
Расчет параметров усилительного каскада на операционном усилителе с инвертирующей схемой включения.
 |
Рис.4. Каскад с не инвертирующим включением ОУ.
Для частотных искажений каскада представленного на рис.4. можно написать МНК=МНС1*МНС2*МНС4; МВК=МВ ОУ*МВСн*МВС3
Для схемы рис.4. рассчитаем С4 и С3 по заданным вариантом МН , МВ и используя результаты расчета схемы по рис.1.
МНС4=МН/(МНС1*МНС2); С4=1/(ωнR∑(М2НС4-1)0,5); R∑=RГ+RвхК;
RвхК=R3*RвхОУ/(R3+RвхОУ) ≈ R3 – входное сопротивление каскада; R вхОУ=RвхОУспр(1+βКУU) –зависит от частоты на низких частотах равно 1-10 МОм. Напоминаем ω=2πf=6,28f.
МНС4=МН/(МНС1*МНС2)=1,2/1,15=1,04; R∑=RГ+RвхК=RГ+R3=2+18=20кОм С4 =1/(ωнR∑(М2НС4-1)0,5)=1/1884∙20000∙(1,08-1)0,5 =95 нФ;
На верхних частотах МВС3=МВ/(МвОУ*МвС3)=1,3/1,23=1,06; С3 =(М2 вС3-1)0,5/ωвR2=(1,12-1)0,5/1,88∙2∙109 =92 пФ.
Необходимо отметить, что КК рассчитывается сложнее:
КК2=(R3/(R3+RГ))∙(R2+R1)/R1=(18/19)(65+2,4)/2,4=27
Нормированные коэффициенты усиления найдем: КНН=КМАК н/MHЗад=0,83;
КВН= КМАК н/MВ Зад=0,77.
 |
Рис.5. Нормированная АЧХ каскада на рис.4.
«Графики на рис.3.и рис.5. можно делать вместе, на одном рисунке. Фразы в кавычках в отчете не приводить.»
Вывод.
……………….
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет.
Кафедра киберфизических систем.
Дисциплина: Электротехника и электроника.
Отчет
по лабораторнойработе №7.
«Исследование схем генераторов на операционных усилителях».
Выполнила студентка группы 3333,
Иванова А.А.
2021 год.
Цель работы: ознакомление с основными способами построения генераторов на операционных усилителях (ОУ) и исследование зависимости параметров генерируемых колебаний от параметров элементов схемы генератора.