Уровень: Основной текст Примеры тестов

Лабораторная работа N1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы: изучение основных параметров и характеристик операционного усилителя(ОУ), изучение и исследование основных каскадов на ОУ - инвертирующего и неинвертирующего.

Порядок проведения работы

Работа выполняется на печатной плате, предназначенной для проведения исследований ОУ. Работа выполняется для каждого из ОУ КР140УД708 и К553УД2 , КР140УД708 - ОУ с внутренней коррекцией , К553УД2 - ОУ с внешней коррекцией.

Балансировка ОУ

Собрать схему.

В схеме конденсатор С устанавливается только для ОУ К553УД2.

Изменяя сопротивление с помощью потенциометра R, добиться на выходе микросхемы минимального выходного напряжения или равного нулю. Выходное напряжение регистрировать с помощью осциллографа. U_вх= 0, U_вых= 0 или U_вх= 0 , U_вых U_вых.min

Измерение токов смещения и сдвига.

Собрать схему для измерения I_см1:

К выходу ОУ подключить вольтметр или осциллограф и замерить напряжение на выходе схемы U_{вых 1}. Это напряжение вызвано током смещения I_см, которое создается на резисторе R₁. Расчет I_см проводится по формуле I_см= U_вых / R₁

Собрать схему для измерения I_см2:

С помощью вольтметра или осциллографа замерить напряжение на выходе ОУ U_{вых 2}, оно появляется за счет падения напряжения на резисторе R₂, при протекании тока смещения I_{см 2}. Расчет I_{см 2}проводится по формуле I_{см 2} = U_вых / R₂

Собрать схему для измерения напряжения сдвига:

С помощью вольтметра или осциллографа, подключенного на выход схемы ОУ, измерить напряжение на выходе U_вых, возникающее за счет I_{см 1}и I_{см 2}.

Расчитать I_сдв, если R₁= R₂= R; I_сдв= U_вых / R

Измерение коэффициента усиления ОУ без обратной связи.

Собрать схему:

Подать от задающего генератора гармонических колебений (ЗГ) сигнал на инвертирующий вход ОУ согласно схеме. Причем U_вх< U_вх.max, т.е. усилитель работает без заметных нелинейных искажений. Частота генерируемых колебаний F = 100Гц.

При установке входного напряжения усилителя следует учитывать, что в его входной цепи включен делитель напряжения с коэффициентом деления 1 : 1000.

На выход ОУ подключить вольтметр или осциллограф и замерить выходное напряжение U_вых.

Подсчитать коэффициент усиления ОУ: К = U_вых / U_вх.оу, если U_вх.оу = U '_вх / А , где

Снять АЧХ, U_вх< U_вх.max. Максимальная величина входного сигнала U_вх.max, при которой усилитель работает без заметных нелинейных искажений, определяется с помощью вольтметра при контроле формы сигнала на выходе ОУ по осциллографу. Частоту менять от 10 Гц до спада АЧХ.

Определить полосу пропускания ОУ.

Для измерения коэффициента усиления ОУ К553УД2 без ОС ввести корректирующую цепочку, подключив к выводам FC конеденсатор С.

Величину емкости корректирующего конденсатора изменять в пределах 3пФ, 6пФ, 30пФ, 60пФ.

Снять АЧХ скорректированного усилителя, U_вх< U_вх.max, частоту менять от 10Гц до 200кГц.

Исследование инвертирующего операционного усилителя

Собрать схему:

Снятие АЧХ, К = F (F) для ОУ КР140УД708.

От ЗГ подать сигнал на инвертирующий вход ОУ, причем U_вх< U_вх.max.

Максимальная величина входного сигнала U_вх.max, при которой усилитель работает без заметных нелинейных искажений, определяется с помощью вольтметра при контроле формы сигнала на выходе ОУ по осциллографу.

Частоту входного сигнала менять в следующем порядке: 10, 20, 40, 60, 80, 100, 200, 400, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 20000, 40000, 60000, 80000 Гц, 100кГц, 200кГц.

Расчитать коэффициент усиления схемы:

Определить полосу пропускания ОУ.

Снятие амплитудной характеристики (АХ), U_вых= F(U_вх).

Входной сигнал подается от ЗГ на частоте F = 1000Гц.

Входной сигнал менять от нуля до 2U_вх.max. Максимальная в6еличина входного сигнала U_вх.max выбирается аналогично п.1.

Выходное напряжение снимается с помощью вольтметра или осциллографа с выхода ОУ.

Снятие зависимости коэффициента усиления от R_ос, К = F(R_ос).

Входной сигнал подавать от ЗГ с частотой F = 1000Гц. Снятие характеристики провести для входного сигнала, U_вх < U_вх.max. Сопротивление R_ос изменять от 10кОм до 300кОм. Замерить выходное напряжение внешним вольтметром или осциллографом U_вых и зарисовать форму выходного сигнала в характерных точках. Построить график.

Снятие зависимости коэффициента усиления от входного сопротивления R₁, К = F(R₁).

Входной сигнал подавать от ЗГ с частотой F = 1000Гц.

Сопротивление R₁ изменять от 5,1 кОм до 51 кОм. Замерить выходное напряжение внешним вольтметром или осциллографом. Построить график.

Подключить к инвертирующему каскаду внешнюю нагрузку.

Собрать схему:

Снять зависимости коэффициента усиления от сопротивления нагрузки К = F(R_н).

Входной сигнал подается от ЗГ с частотой F = 1000Гц.

Характеристику снимать для двух значений входного сигнала, U_вх< U_вх.max. Сопротивление нагрузки изменять от 250 Ом до 1 кОм, не менее 6 значений. Замерить выходное напряжение с помощью вольтметра или осциллографа и зарисовать характерные кривые.

Рассчитать К = U_вых / U_вх, построить график.

Измерение выходного сопротивления R_вых

Собрать схему:

От ЗГ подать на вход ОУ сигнал с частотой F = 1000Гц.

U_вх< U_вх.max, т.е. имеем на выходе неискаженный сигнал.

а) Измерить напряжение на выходе ОУ U_выхпри отключенной нагрузке R_н.

б) Измерить напряжение на выходе ОУ U '_вых при подключенной нагрузке R_н= 510 Ом. Выходное напряжение фиксируется внешним вольтметром или осциллографом.

в) Выходное сопротивление рассчитать по формуле R_вых = ((U_вых / U '_вых) - I)R_н

Исследование неинвертирующего ОУ.

Снятие АЧХ , К = F(F).

Собрать схему:

От ЗГ подать сигнал на неинвертирующий вход ОУ , причем U_вх< U_вх.max.

Максимальная величина входного сигнала U_вх.max при которой усилитель работает без заметных нелинейных искажений, определяется с помощью вольтметра при контроле формы сигнала на выходе ОУ по осциллографу.

Частоту входного сигнала менять в следующих пределах: 20, 40, 60, 80, 100, 200, 400, 1000, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000, 20000, 40000, 60000, 80000 Гц, 100кГц, 200кГц.

Рассчитать коэффициент усиления схемы К = U_вых / U_вх и построить график Кдб = F(F) в логарифмическом масштабе.

Определить полосу пропускания ОУ.

Снятие амплитудной характеристики (АХ), U_вых= F(U_вх).

Входной сигнал подается от ЗГ на частоте F = 1000Гц. Входной сикнал менять от нуля до 2 U_вх.max. Максимальная величина входного сигнала U_вх.max выбирается аналогично п.5.1. Выходное напряжение снимается с помощью вольтметра или осциллографа ОУ. Построить график.

Снятие зависимости коэффициента усиления от R_ос, К = F(R_ос).

Входной сигнал подавать от ЗГ с частотой F = 1000Гц. Снятие характеристики провести для входного сигнала U_вх< U_вх.max.

Сопротивление R_ос изменять дискретно от 1 до 510 кОм.

Выходное напряжение U _вых замерять внешним вольтметром, зарисовать форму выходного сигнала в характерных точках. Построить график.

Снятие зависимости коэффициента усиления от входного сопротивления R₁, К = F(R₁).

Собрать схему:

Входной сигнал подавать от ЗГ с частотой F = 1000Гц.

Снятие характеристики провести для входного сигнала U_вх< U_вх.max.

Сопротивление R₁ изменять дискретно от 250 до 51кОм. Выходное напряжение с выхода ОУ замерять вольтметром.

Построить график.

Подключить к неинвертирующему каскаду внешнюю нагрузку.

Снятие зависимости коэффициента усиления К от сопротивления R_н, К = F(R_н).

Входной сигнал подается от ЗГ с частотой F = 1000Гц.

Характеристику снимать для входного сигнала U_вх< U_вх.max.

Сопротивление нагрузки менять дискретно от 510Ом до 1 кОм.

Выходное напряжение измерять с помощью вольтметра, зарисовать характерные кривые.

Рассчитать К = U_вых / U_вх и построить график К = F(R_н).

Измерить выходное сопротивление R_вых.

Схема та же, что и в предыдущем п.5.

От ЗГ подать на вход ОУ сигнал с F = 1000Гц, U_вх< U_вх.max, т.е. имеем на выходе неискаженный сигнал.

а) Измерить напряжение на выходе U_вых при отключенной нагрузке R_н.

б) Измерить напряжение на выходе ОУ U '_вых при подключенной нагрузке R_н= 510Ом. Выходное напряжение фиксировать внешним вольтметром.

в) Выходное сопротивление R_вых рассчитать по формуле R_вых = ((U_вых / U '_вых) - I)R_н.

Содержание отчета

1. Схемы исследования ОУ.
2. Таблицы измерений, графики всех снятых зависимостей, расчеты.
3. Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под ОУ.
2. Какие свойства характерны для идеального усилителя?
3. Что понимается под инвертирующим и неинвертирующим входом ОУ?
4. Что такое синфазный сигнал.
5. Назовите основные свойства дифференциального каскада.
6. Что такое напряжение сдвига?
7. Что представляет собой блок - схема ОУ? Охарактеризуйте каждый из каскадов.
8. Поясните амплитудную (передаточную) характеристику.
9. Поясните передаточную характеристику для синфазного сигнала.
10. Назовите основные параметры входной цепи.
11. Поясните АЧХ ОУ.
12. Что понимается под частотой единичного усиления?
13. Каково влияние ОС на АЧХ?
14. Поясните фазовую характеристику ОУ.
15. Назовите критерий устойчивости.
16. Перечислите динамические параметры ОУ.
17. Каковы основные свойства инвертирующего усилителя?
18. Каковы основные свойства неинвертирующего каскада усилителя?
19. Поясните работу внешней компенсации сдвига.
20. Каким образом классифицируются ОУ?