4. Содержание отчета

1. Таблицы экспериментальных и расчётных данных – 2 шт.

2. Амплитудные характеристики усилителя с ОС и без ОС.

3. АЧХ усилителя без ОС и с ОС, построенное в логарифмическом масштабе на одном графике.

4. Экспериментальная схема.

5. Графики U_вых(t) с искажениями типа «ограничение» и «ступенька».

5. Контрольные вопросы

1. Объяснять назначение всех элементов схемы усилителя.

2. В каком каскаде усилителя возникают и от чего зависят искажения

сигнала типа «ступенька» и «ограничение»?

3. Как определяется общий K_U многокаскадного усилителя?

4. К какому типу по способу включения относится ОС исследуемого усилителя?

5. Как влияет ОС на амплитудную характеристику усилителя и его коэффициент усиления?

6. От чего зависит «завал» АЧХ на низких и высоких частотах?

7. С какой целью используется логарифмический масштаб на графике АЧХ?

8. Как влияет ОС на АЧХ усилителя?

9. Как определить полосу пропускания частот усилителя напряжения?

10. Как отличается КПД усилительного каскада класса A и класса B?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Исследование интегрального операционного усилителя

Цель работы

Изучить свойства интегрального операционного усилителя (ОУ) типа К140УД7 на примере четырех схем включения: инвертирующего масштабного ОУ, неинвертирующего масштабного ОУ, интегрирующего ОУ и дифференцирующего ОУ.

1. Содержание работы

1. Исследование инвертирующей и неинвертирующей схем включения

операционного усилителя (ОУ). Определение параметров K_U, R_вх, R_вых.

2. Снятие АЧХ масштабного ОУ.

3. Снятие временных диаграмм выходного напряжения дифференцирующего и интегрирующего ОУ.

2. Общая часть

Операционными усилителями (ОУ) называют высококачественные усилители постоянного тока (УПТ), предназначенные для выполнения

различных операций над аналоговыми величинами (сигналами).

В настоящее время в качестве УПТ в основном используют интегральные операционные усилители в виде микросхем. По конструктивному исполнению они являются законченными широкополосными УПТ, имеющими большой коэффициент усиления и широкое применение не только для выполнения математических операций, но и в различных функциональных устройствах.

ОУ всегда применяется с цепью глубокой отрицательной ОС. В этом случае результирующей коэффициент усиления K_U определяется только параметрами цепи ОС и не зависит от исходного коэффициента усиления K₀ и его изменений.

Инвертирующий масштабный ОУ (рис. 4.1) имеет параллельную ОС по напряжению, образуемую резисторами R₂ и R₁. Резистор R₃ служит для выравнивания входных токов ОУ и уменьшения напряжения смещения нуля I_см. Параметры схем определяются простыми выражениями:

K_U = – , R_вх=R₁.

R₂

100 к

R₂

100 к

U_вх

R₁

10 к

R₁

10 к

U_вых

U_вх

U_вых

R₃

9,1 к

DA1

R₃

9,1 к

DA2

Рис. 4.1. Схема инвертирующего ОУ Рис. 4.2. Схема неинвертирующего ОУ

Неинвертирующий масштабный ОУ (рис. 4.2) охвачен последовательной ОС по напряжению, образуемой теми же резисторами R₂ и R₁.

Для этой схемы K _U = +1, R_вх  R_вх.сф,

где R_вх.сф – синфазное входное сопротивление ОУ.

И

C_ос

R_ос

нтегрирующий ОУ (рис. 4.3) содержит реактивный элемент – конденсатор, включенный вместо резистора R₂ в цепи ОС.

U_вх

U_вх

C₁

R₁

U_вых

U_вых

R₂

DA1

DA2

R₁

Рис. 4.3. Схема интегрирующего ОУ Рис. 4.4. Схема дифференцирующего ОУ

Передаточная функция ОУ имеет вид:

W(p) = = – = .

Связь между U_вых и U_вх в операторной форме имеет вид:

U_вых(p) = W(p)·U_вх(p) = .

Переходя к оригиналу, получим временную зависимость между U_вых и U_вх:

U_вых(t) =  U_вх(t)dt + U₀.

При подаче постоянного входного напряжения на выходе интегратора получим линейно нарастающее напряжение:

U_вых(t) = .

Дифференцирующий ОУ (рис. 4.4) содержит конденсатор C на входе вместо резистора R₁. Его передаточная функция имеет вид:

W(p) = = pR_осC₁.

а временная зависимость между U_вых и U_вх определяется выражением:

U_вых(t) = R_осC₁.