3. Задания и методические рекомендации

3.1. Изучение rc-генератора с мостом Вина

3.1.1. Соберите схему для снятия АЧХ моста Вина (рис. 3.1.) на базе модуля № 10 (рис. 3.2). Амплитуду сигнала на выходе ГНЧ установите равной 1 В. и снимите АЧХ в диапазоне частот 1...4 кГц с шагом 1 кГц.

Постройте АЧХ моста Вина в линейном масштабе по оси частот. Определите по АЧХ частоту f_0, на которой коэффициент передачи моста максимален. Сравните ее с теоретическим значением, рассчитанным по формуле

.

3.1.2. Измерьте сдвиг фаз между входным и выходным сигналами на частоте _.

3.1.3. Снимите переходную характеристику моста Вина, подав на вход аттенюатора последовательность прямоугольных импульсов с ГНЧ.

Длительность развертки осциллографа и частоту следования прямоугольных импульсов установите такими, чтобы на экране наблюдалась реакция моста на один скачок напряжения. Зарисуйте переходную характеристику. Убедитесь в том, что она не носит колебательный характер.

3.1.4. Соберите на базе модуля №10 в соответствии с рис.3.3 регенеративный усилитель с мостом Вина. Входной сигнал U_г подавайте с ГНЧ, как и ранее, через аттенюатор (вход 1:1).

С обранный регенеративный усилитель содержит две цепи обратной связи – отрицательную и положительную. Отрицательная обратная связь образована резисторами R14 и R9, положительная – мостом Вина. Коэффициент усиления сигнала по инвертирующему входу, к которому подключен генератор, может регулироваться изменением сопротивления резистора R14. Коэффициент усиления усилителя по неинвертирующему входу, на который поступает сигнал с моста Вина, на единицу больше, чем по инвертирующему входу.

3.1.5. Отключите от выхода усилителя цепь положительной обратной связи (вход моста Вина).

3

Рис. 2.3. Усилители на ОУ: а - инвертирующий; б - неинвертирующий; в - повторитель (усилитель с единичным коэффициентом усиления)

.1.6. Измерьте на частоте коэффициент усиления по инвертирующему входу усилителя без положительной обратной связи. Амплитуда сигнала на входе аттенюатора 1 В.

3.1.7. Изменяя величину сопротивления резистора R14, установите коэффициент усиления усилителя равным 1.5. Напоминаем, что по неинвертирующему входу коэффициент усиления будет равен 2,5.

3.1.8. Снимите в соответствии с пунктом 1.3 переходную характеристику усилителя. Сигнал с выхода генератора ГТИ1 подавайте через аттенюатор (вход 1:10). Обратите внимание на то, что она, как и переходная характеристика моста Вина, не носит колебательного характера.

3.1.9. Подключите к выходу усилителя вход моста Вина.

1.10. Снимите в соответствии с пунктом 1.3 переходную характеристику регенеративного усилителя. Сигнал с выхода генератора ГТИ1 подавайте через аттенюатор (вход 1:10).

3.1.11. Плавно изменяя величину сопротивления резистора R14 в сторону увеличения коэффициента усиления, наблюдайте изменение переходной характеристики усилителя. Обратите внимание на то, что она будет все более отчетливо носить колебательный характер, а при коэффициенте усиления усилителя K>3 происходит генерация.

3.1.12. Добившись генерации, уменьшите коэффициент усиления усилителя до величины, при которой генерация отсутствует.

3.1.13. Снимите в соответствии с пунктом 1.1 АЧХ регенеративного усилителя в диапазоне частот 2…3 кГц, изменяя частоту через 0.1 кГц. Сигнал с выхода генератора амплитудой 1 В подавайте через аттенюатор (вход 1:10). Изобразите эту АЧХ на том же графике, на котором изображена АЧХ моста Вина. Объясните поведение АЧХ регенеративного усилителя.

3.1.14. Отключите от инвертирующего входа операционного усилителя источник сигнала и замкните резистор R9 на землю.

1.15. Плавно изменяя величину сопротивления резистора R14, добейтесь возбуждения генератора. Измерьте частоту генерируемых колебаний. Совпадает ли она с частотой f₀?

3 .1.16. Увеличивая коэффициент усиления усилителя с помощью резистора R14, убедитесь в возрастании амплитуды выходных колебаний и одновременном искажении их формы.

3.1.17. Дополните схему генератора цепью нелинейной отрицательной обратной связи на диодах и (рис. 3.4). Убедитесь в том, что в этом случае форма генерируемых колебаний не столь критична к величине коэффициента усиления усилителя.

3.2. RС-генератор с трехзвенной фазосдвигающей цепью типа R-параллель

3.2.1. Соберите на базе модуля №10 в соответствии с рис.3.5. RC-генератор с фазосдвигающей цепью.

В этом генераторе коэффициент усиления усилителя по напряжению определяется цепью отрицательной параллельной обратной связи по напряжению, образованной резисторами R5, R8, R10 и R14. Он может изменяться регулировкой сопротивления резистора R14. Такой вид обратной связи приводит к уменьшению входного сопротивления усилителя до величины R_вх ≈ R8. В результате RC-цепь со стороны ее выхода оказывается нагруженной на входное сопротивление усилителя.

При R5 = 1.5 кОм это приводит к отклонению частоты генерации f_г от расчетной, определяемой из выражения (R = 1.5 кОм; С = 33 нФ), и к необходимости увеличения коэффициента усиления усилителя по сравнению с К = . Чтобы это не происходило, сопротивления резисторов R5 и R8 выбраны такими, что сопротивление R5||R8 = 1.5 кОм.

3.2.2. Изменяя величину сопротивления резистора R14, добейтесь самовозбуждения генератора. Измерьте частоту генерируемых колебаний и сравните ее с частотой .

3.2.3. Измерьте коэффициент усиления усилителя при генерации. Он равен отношению амплитуд сигналов на выходе и входе усилителя (выходе RC-цепи).

3.2.4. Уменьшите коэффициент усиления усилителя до срыва генерации. Отсоедините вход RC-цепи от выхода усилителя.

3.2.5. Подайте на вход RC-цепи (она остается нагруженной на входное сопротивление усилителя) сигнал с ГНЧ амплитудой 1 В и снимите ее АЧХ. Постройте АЧХ в линейном масштабе по оси частот. Определите значение коэффициента передачи на частоте генерации.

3.2.6. Используя измеренный коэффициент усиления усилителя и коэффициент передачи RC-цепи на частоте генерации, проверьте выполнение условия баланса амплитуд.

3.2.7. Измерьте на частоте генерации сдвиг фаз между выходным и входным сигналами RC-цепи.

3.2.8. Соберите регенеративный усилитель с фазосдвигающей цепью. Для этого подключите цепь положительной обратной связи, отсоедините от земли неинвертирующий вход ОУ и подайте на него через аттенюатор сигнал с выхода ГНЧ. Амплитуда сигнала на входе аттенюатора 1 В.

3.2.9. Снимите АЧХ регенеративного усилителя и изобразите ее на том же графике, на котором изображена АЧХ фазосдвигающей цепи. Объясните вид АЧХ регенеративного усилителя.

3.2.10. Отключите от неинвертирующего входа сигнал и вернитесь к схеме генератора (рис. 8.5.).

3.2.11. Увеличивая коэффициент усиления усилителя с помощью резистора R14, убедитесь в возрастании амплитуды выходных колебаний и одновременном искажении их формы.