Опыт №10. Исследование частотной характеристики оу

Рис. 19. Инвертирующий решающий усилитель (стандартная схема)

Рис. 20. Инвертирующий решающий усилитель (модифицированная схема)

Основные соотношения

Примем следующие обозначения:

A_cl – коэффициент усиления усилителя с ООС - A_cl = V_o / V_in.

Для схем, изображенных на рис. 19 и рис. 20 справедливо следующее соотношениеотрицательной полярностиформу, оведения предыдущего опыта0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000: A_cl(f = 0Гц) = - R₂ / R₁.

f_p – частота первого полюса РУ

Под октавой понимается удвоение частоты.

Под декадой понимается изменение частоты в десять раз.

Величину наклона A_cl(f) в первом приближении можно считать постоянной и равной

6 дБл/октава = 20 дБл/декада.

Коэффициент передачи обратной связи определяет значение выходного напряжения схемы, которое передается на вход ОУ:

для схемы на рис. 19: β = R₁/ (R₁ + R₂);

для схемы на рис. 20: β = R₁||R₃ /(R₁||R₃ + R₂), где R₁||R₃ = R₁R₃ /(R₁ + R₃).

Для ОУ, охваченного отрицательной обратной связью, справедливо соотношение:

f_p = f_T β,

где f_p - частота первого полюса РУ;

f_T - частота единичного усиления РУ.

Порядок выполнения

1. Реализуйте схему, изображенную на рис. 19. Не забудьте подключить питание к ОУ.

2. Подключите питание к плате, в качестве входного напряжения используйте выходное напряжение синусоидального генератора (V_m = 0,01B, частота f = 1кГц) и с помощью осциллографа наблюдайте изменение выходного напряжения V_o. Форма этого напряжения должна быть синусоидальной. Изменяйте амплитуду входного напряжения до тех пор, пока амплитуда выходного напряжения V_o не станет равным 1В. С помощью мультиметра измерьте входное напряжение и запишите результат.

V_in = ________________ мВ

3. Изменяйте частоту входного сигнала в диапазоне 20Гц – 1МГц, сохраняя амплитуду постоянной. С помощью мультиметра измерьте значения выходного и входного напряжения и заполните таблицу.

f
Vin мВ
Vo мВ
Acl дБл

4. Отобразите полученные результаты на графике:

5. Аппроксимируйте график АЧХ с помощью двух прямых линий. Определите по графику значения частот f_T и f_p. Определите величину наклона АЧХ. Запишите полученные результаты в следующем виде:

f_T = ________________ кГц; f_p = ________________ кГц

“наклон” = ________________________________ = ___________ дБл /декада

6. Используя формулы, данные в разделе «Основные соотношения», рассчитайте частоту f_р и коэффициент усиления усилителя с обратной связью. Результаты запишите в следующем виде:

f_p,calc = f_T β = f_T R₁/ (R₁ + R₂) = _________________________________ = ___________ кГц

A_cl (f = 0) = - R₂ / R₁ ____________________________________ = __________

7. Выключите питание, подведенное к плате, и отключите синусоидальный генератор. Установите в качестве R₂ резистор с номинальным значением в диапазоне 100кОм-1МОм.

8. Подключите питание к плате, в качестве входного напряжения используйте выходное напряжение синусоидального генератора (V_m = 0.1В, частота f = 1кГц) и с помощью осциллографа наблюдайте выходное напряжение V₀. Форма этого напряжения должна быть синусоидальной.

V_in = ________________ мВ

9. Изменяйте частоту входного сигнала в диапазоне 20Гц – 1МГц, сохраняя амплитуду постоянной. С помощью мультиметра осуществите измерение значений выходного напряжения и заполните таблицу.

f
Vin мВ
Vo мВ
Acl дБл

10. Определите значение частоты f_р. Запишите результат.

f_p = ________________ кГц;

11. Используя формулы, данные в разделе «Основные соотношения», рассчитайте частоту f_р и коэффициент усиления усилителя с обратной связью. Результаты запишите в следующем виде:

f_p,_calc = f_T β = f_T R₁/ (R₁ + R₂) = ________________________________= ___________ кГц

A_cl (f = 0) = - R₂ / R₁ ____________________________________ = __________

12. Выключите питание, подведенное к плате, и отключите синусоидальный генератор. Установите в качестве R₂ резистор с номинальным значением в диапазоне 10кОм-100кОм.

13. Подключите питание к плате, в качестве входного напряжения используйте выходное напряжение синусоидального генератора (V_m = 1B, частота f = 1кГц) и с помощью осциллографа наблюдайте выходное напряжение V₀. Форма этого напряжения должна быть синусоидальной.

V_in = ________________ мВ

14. Изменяя частоту входного сигнала в диапазоне 20Гц – 1МГц, сохраняйте амплитуду постоянной. С помощью осциллографа выполните измерение входного и выходного напряжений и заполните таблицу.

f
Vin мВ
Vo мВ
Acl дБл

15. Определите значение частоты f_р. Запишите результат.

f_p = ________________ кГц;

16. Используя формулы, данные в разделе «Основные соотношения», рассчитайте частоту f_р и коэффициент усиления усилителя с обратной связью. Результаты запишите в следующем виде:

f_p,_calc = f_T β = f_T R₁/ (R₁ + R₂) = ________________________________= ___________ кГц

A_cl (f = 0) = - R₂ / R₁ ____________________________________ = __________

17. Отключите питание и синусоидальный генератор от платы. Реализуйте схему, показанную на рис. 20. Не забудьте подключить питание к ОУ.

18. Подключите питание к плате, в качестве входного напряжения используйте выходное напряжение синусоидального генератора (V_m = 0,1B, частота f = 1кГц) и с помощью осциллографа наблюдайте выходное напряжение V₀. Форма этого напряжения должна быть синусоидальной.

V_in = ________________ мВ

19. Изменяйте частоты входного сигнала в диапазоне 20Гц – 1МГц, сохраняя амплитуду входного напряжения постоянной. С помощью осциллографа выполните измерение входного и выходного напряжений и заполните таблицу.

f
Vin мВ
Vo мВ
Acl дБл

20. Определите значение частоты f_p для ОУ с ООС. Запишите результат.

f_p = ________________ кГц.

21. Используя формулы, данные в разделе «Основные соотношения», рассчитайте частоту f_р (используя значения f_T и β) и коэффициент усиления усилителя с обратной связью. Результаты запишите в следующем виде:

f_p,_calc = f_T β = f_T R₁/ (R₁ + R₂) = ________________________________= ___________ кГц.

A_cl (f = 0) = - R₂ / R₁ ____________________________________ = __________

Вывод:

1. Значение f_T, полученное при проведении эксперимента, должно быть больше, чем указанное в спецификации микросхемы ОУ. Значение f_T из спецификации равно ___________ , поэтому измеренное значение (не) выходит за допустимые пределы.

2. Значение наклона АЧХ равно ___________дБл/декада.

3. Значение f_р для усилителя с ООС (не) равно произведению f_T и β.