Порядок выполнения экспериментов

Лабораторная работа №3

Исследование операционного усилителя

Цель работы: изучение свойств операционного усилителя и некоторых схем их применения.

 

Операционные усилители

Общие сведения

Операционный усилитель (ОУ) представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления, имеющий два входа – прямой и инвертирующий и один выход. Условные обозначения ОУ представлены на рисунке ниже:

 

инвертирующий вход

неинвертирующий вход

вход

вход

Основными характеристиками, иллюстрирующими свойства ОУ, являются амплитудночастотная (K=F(f)) и передаточная (U_ВЫХ=F(U_ВХ)) характеристики.

Разработано большое количество схем применения ОУ. Одним из распространенных вариантов является схема инвертирующего усилителя(рис.3.1).

Рис.3.1

Резистор R_ОС необходим для введения отрицательной обратной связи. Коэффициент усиления такого усилителя равен

K_U = - U_ВЫХ / U_ВХ = - R_ОС / R_{ВХ .}

 

Для коррекции частотных свойств усилителей используются фильтры различной конфигурации. Например, для получения избирательного усилителя может быть применен мост Вина (рис.3.2). В свою очередь из избирательного усилителя можно получить генератор гармонических колебаний. Для этого необходимо в избирательном усилителе ввести положительную обратную связь, обеспечивающую выполнение условий баланса фаз и амплитуд.

Экспериментальная часть

Порядок выполнения экспериментов

1. Соберите цепь инвертирующего усилителя согласно схеме (рис.3.3). Регулирование входного напряжения U_ВХ осуществляется потенциометром R=10 кОм. Измерение входного и выходного напряжений осуществляется мультиметрами на пределах 20 В.

Рис. 3.3.

 

• Снимите передаточную характеристику Uвых=f(Uвх) путем изменения входного напряжения от -10 В до +10 В с шагом 1 В и заполните таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Uвх, В
Uвых, В

• Постройте график характеристики U_вых=f(U_вх) используя данные таблицы 3.1.
• Определите коэффициент усиления инвертирующего усилителя по графику

и по формуле коэффициента усиления инвертирующего усилителя

1. Измените схему, заменив сопротивление обратной связи Rос сопротивлением 100 кОм. Снимите передаточную характеристику Uвых=f(Uвх) изменяя входное напряжение с шагом 0,3 В и заполните таблицу 3.1. Постройте характеристику и определите коэффициент усиления.
2. Измените схему подключив на выход усилителя мост Вина с параметрами R=1 кОм и С=0,1 мкФ (или 0,22 мкФ). Перенесите вольтметр V2 на выход моста и переключите вольтметры V1 и V2 для измерений в цепях переменного тока. В качестве источника входного сигнала подключите генератор переменного напряжения (Рис.3.4).

• Для снятия амплитудно-частотной характеристики, установите амплитуду входного напряжения около 1 В. Изменяя частоту входного напряжения, заполните таблицу 3.2. Таблицу следует заполнять до уменьшения коэффициента усиления в два раза по сравнению с максимальным.

Рис.3.4.

Таблица 3.2

F, кГц	0,2	0,4	0,6
Uвх, В
Uвых, В
КU= Uвых/Uвх

• По данным таблицы 3.2. постройте амплитудно-частотную характеристику усилителя (АЧХ).
• По графику АЧХ определите полосу пропускания частот усилителя.

4.

Дополнительное задание: Измените схему для построения генератора гармонических колебаний. Для этого соедините выход моста Вина с неинвертирующим входом операционного усилителя, а инвертирующий вход, предварительно отключив генератор, соедините с общей точкой схемы (см. рис.3.5).

 

Рис.3.5

 

• Измерьте величину выходного напряжения.
• С помощью осциллографа посмотрите и зарисуйте форму выходного сигнала и определите его частоту.

3.3. Контрольные вопросы:

1. Особенности технологии изготовления гибридных и полупроводниковых ИМС.
2. Достоинства и недостатки ИМС.
3. Влияние ОС на характеристики и параметры усилителей.
4. Какова полярность входного напряжения U_ВХ инвертирующего усилителя по сравнению с выходным напряжением U_ВЫХ?
5. Что такое дрейф нуля, в каких усилителях он бывает? Причины его возникновения и меры борьбы с ним.
6. На основе, каких усилительных каскадов создан ОУ.
7. Принцип действия балансного каскада УПТ.
8. Какие элементы схемы определяют коэффициент усиления усилителя?
9. Как влияет коэффициент передачи ОС на коэффициент усиления усилителя (показать на примере экспериментально снятых характеристик).
10. Какова величина коэффициента усиления инвертирующего усилителя при R_ОС = 100 кОм и R_ВХ = 10 кОм?
11. Какова величина выходного напряжения неинвертирующего усилителя U_ВЫХ при R_ОС= 47 кОм, R_ВХ = 10 кОм и U_ВХ = 2 В?
12. Какова полярность входного напряжения неинвертирующего усилителя U_ВХ в сравнении с выходным напряжением U_ВЫХ?
13. Сформулируйте условия работы генератора гармонических колебаний.