В.В. Дуркин - Схемотехника аналоговых электронных устройств - Методические указания к лабораторным работам, страница 9

10 ёмкость нагрузки 1000 пФ, включитьконденсатор С3, компенсирующий влияние емкости нагрузки.Произвести измерения, аналогичные предыдущим пунктам.Исследование видеоусилителя в частотной областиВо второй части лабораторной работы Вам необходимо снятьАЧХ видеоусилителя для схем п. 4…11. Методические замечанияпо этому поводу.12. АЧХ снимать только в области верхних частот, начиная с10 кГц. Верхняя граница частот должна быть равна частоте среза,которую нужно определить предварительно.

Значение частот среза для всех схем занести в табл. 4.3.Таблица 4.3Схема(пункт)Параметр4Uвых, Вy, дБЧастота, кГц13. Самовозбудившийся усилитель перегружен собственнымиколебаниями, поэтому он не будет реагировать на входной сигнал. В этом случае понятие АЧХ теряет смысл.14. АЧХ должна быть представлена в виде, изображенном нарис. 4.2.а, где y = U вых ( f ) U вых0 . Здесь U вых0 – выходное напряжение усилителя на частоте 10 кГц.15. Прежде чем снимать АЧХ на дискретных частотах, необходимо (чтобы не пропустить резонансный пик), плавно изменяячастоту, убедится в наличии или отсутствии подъема АЧХ наверхних частотах.6516. Количество снятых значений АЧХ не менее 6. Они должны быть сосредоточенны в районе возможного появления резонансного пика Мр (рис. 4.2.а).17. Результаты снятия АЧХ для всех пунктов свести в таблицы, аналогичные табл. 4.3.18.

Построить графики нормированных АЧХ, используя логарифмический масштаб по обеим осям (рис. 4.2,а).19. Для наглядности графики АЧХ необходимо комплектоватьпо нескольку на одном рисунке. Следует объединить графики длясхем пунктов: 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11.20. Определить по графикам резонансный пик Мр (рис. 4.2,а) изанести полученные значения в табл. 4.2.21. Используя данные таблиц 4.1 и 4.2, определить диапазон,в пределах которого будет расположен запас устойчивости пофазе для каждой из исследуемых схем. Полученные значения занести в табл. 4.2.22.

Сделать выводы по работе, включающие в себя:- объяснение связи между поведением АЧХ в области верхнихчастот и ПХ в области малых времён;- с какой целью к ОУ подключаются корректирующие цепи,какие минусы возникают при этом (сравните графики АЧХ п. 4 и5, п. 6 и 7);- объяснение влияния входной емкости (емкости нагрузки) наАЧХ, переходную характеристику и относительную устойчивость схемы.664.4. Контрольные вопросы1.

Назовите и охарактеризуйте известные вам режимы работы усилительных элементов.2. Назовите и нарисуйте разновидности ООС, применяемыхв усилителях на основе ОУ.3. Нарисуйте схему неинвертирующего усилителя с ООС ипоясните её влияние на параметры усилителя.4. Нарисуйте схему инвертирующего усилителя с ООС и поясните её влияние на параметры усилителя.5. Объясните влияние входной ёмкости ОУ на АЧХ и ПХ.Укажите способ компенсации этого влияния.6. Объясните влияние ёмкости нагрузки на АЧХ и ПХ видеоусилителя. Укажите способ компенсации этого влияния.7.

Какую коррекцию называют полной? Её достоинства инедостатки.8. Назовите способы коррекции АЧХ ОУ.9. Как и почему будет меняться запас устойчивости по фазепри увеличении входной емкости ОУ?10. Как и почему будет меняться запас устойчивости по фазепри увеличении в емкости нагрузки ОУ?11. Зачем каскады в ОУ выполняются с разными частотамисреза?67СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Дуркин В. В. Аналоговые электронные устройства: Конспект лекций.

– Новосибирск: Изд-во НГТУ. – Ч. 1., 1997.2. Дуркин В. В. Аналоговые электронные устройства: Конспект лекций. – Новосибирск: Изд-во НГТУ. – Ч. 2., 2001.3. Остапенко Г. С. Усилительные устройства: Учебное пособие для ВУЗов. – М., 1986.4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники / Пер. с англ.– М., 1998 г.5. Достал И. Операционные усилители: Пер. с англ. БронинаБ.Н., под ред. Гальперина М.В. – М.: «Мир», 1982.68ПРИЛОЖЕНИЕ 1Снятие амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)Строго АЧХ определяется как зависимость модуля передаточной функции от частоты. На практике под АЧХ понимают зависимость коэффициента передачи или выходного напряжения отчастоты.

Схема простейшей установки для снятие АЧХ приведена на рис. П.1.1. Генератор синусоидальных сигналов (ГСС) ивольтметр должны обладать необходимым для испытания усилителя диапазоном рабочих частот (например, генератор Г3-112(приложение 3) и вольтметр В3-38 (приложение 2)). Частоту ивыходное напряжение ГСС можно плавно менять.ГенераторсинусоидальныхсигналовUвхвхУсилительUвыхUвыхВольтметрпеременноготокаРис.

П1.1. Схема установки для снятия АЧХПрежде, чем приступить к снятию АЧХ, вы должны убедиться, что усилитель будет работать в линейном режиме. Для этогок выходу усилителя следует подключить осциллограф и установить такую частоту входного сигнала, при которой по вашимпрогнозам усилитель будет давать наибольшее усиление. Например, для некорректированного резисторного каскада эта частота лежит в диапазоне 1…10 кГц, а для операционного усилителя 0…100 кГц. Далее, плавно изменяя уровень выходного сигналаГСС и контролируя по осциллографу форму сигнала на выходеусилителя, зафиксировать тот уровень сигнала Uвх.ном, при котором начинают возникать нелинейные искажения (форма сигналана выходе усилителя будет отличаться от гармонической).

Дляснятие АЧХ установить U вх ≤ U вх,ном 2 , чтобы гарантировать работу усилителя в линейном режиме.Изменяя далее частоту генератора и поддерживая U вх = сonst ,находим зависимость U вых = ϕ( f ) , представляющую собой АЧХ69испытуемого устройства. Снятие АЧХ обычно начинают с самойнизкой частоты, постепенно увеличивая её до самой высокой.Величины этих частот определяются назначением усилителя ипредварительно согласовываются с преподавателем.При построении графика АЧХ по оси абсцисс откладываетсячастота в логарифмическом масштабе, а по оси ординат относительное усиление – y = U вых U вых0 (рис. П1.2.а), где U вых0 – выходное напряжение, соответствующее плоской части АЧХ.

Какправило (но не всегда!), это максимальное выходное напряжение(например, в работе №1). Применение по оси абсцисс логарифмического масштаба объясняется тем, что исследуемый диапазончастот может изменяться в достаточно широких пределах (отединиц герц до десятков мегагерц). В этом случае абсцисса х точки, соответствующей частоте f , пропорциональна логарифмуf f нач :x = x10 log( f f нач ),где fнач – начальная частота анализа, х10 – длина шкалы частот,соответствующая одной декаде, т.е.

десятикратному изменениючастоты. При использовании логарифмического масштаба длинышкалы всех декад одинаковы, что позволяет детально просматривать локальное поведение частотных характеристик на различныхчастотах при снятии АЧХ даже в очень широких пределах.Довольно часто логарифмический масштаб используется и пооси ординат (рис. П1.2.б).

В этом случае по оси ординат откладываются значения относительного усиления в децибелах^G = 20log y .Наличие АЧХ позволяет определить частоты, на которых^y=0.707, а G = −3дБ . Такие частоты принято называть частотамисреза (рис. П1.2).Частоты среза можно измерить и не снимая АЧХ.

Для этогонеобходимо, изменяя частоту ГСС (рис. П1.1), определить напряжение U вых0 . Далее, увеличивая частоту генератора до техпор, пока напряжение на выходе не уменьшится до уровня700.707 ⋅ U вых0 , зафиксировать эту частоту, которая и будет верхнейчастотой среза. Аналогично измеряется и нижняя частота среза.y = U вых U выхo10.700.5а)fнс = 230Гц0fвс = 3.1МГц20log y , дБ-1-2б)-3-4102103104105Рис. П1.2. Определение частот срезав области нижних и верхних частот71106f, ГцПРИЛОЖЕНИЕ 2Измерение переходных искаженийВажным свойством импульсного усилителя является точностьвоспроизведения формы входного сигнала, которая определяетсявеличиной вносимых усилителем переходных искажений – спадом плоской вершины импульса Δ (рис.

П2.1), временем установления tу и выбросом δ (рис. П2.2). Так как обычно tи >> tу, тодля оценки спада, времени установления и выброса приходитсяиспользовать два отдельных графика с масштабами времени, отличающимися на несколько порядков (рис. П2.1 и рис. П2.2).Uвых, ВUm1.5Δ1Utи0.5Δ=0U m − U tи1.34 − 0.98⋅ 100% =⋅ 100% = 26.8%Um1.38tи-0.5080160Рис.

П2.1. Определение переходных искаженийв области больших времёнt, мксСхема измерения переходных искажений показана на рис.П2.3. Генератор прямоугольных импульсов (Г3-112) генерируетпрямоугольные импульсы со скважностью равной двум (меандр).Поэтому, меняя длительность импульса, мы меняем и период, т.е.частоту следования этих импульсов. Какую частоту следования(длительность импульса) надо установить, чтобы оценить время72установления с наименьшей погрешностью.

Ещё раз напоминаем, что по одной осциллограмме определить и время установление и спад плоской вершины невозможно (масштабы времениразные!).Uвых, В1.51δ=0.5Umaxδ=Um0.9UmU max − U m⋅ 100% =Um1.44 − 1.34⋅ 100% = 5.2%1.340.1Um0tу-0.500.10.2t, мксРис. П2.2. Определение переходных искаженийв области малых времёнВремя установления (область малых времён) связано с верх0.35tу =ней частотой среза соотношением. Пусть fвс = 50f вс0.35= 7 мкс . Возьмём длительность импульса50 × 103tи = 20 мкс, чтобы за время действия импульса напряжение на выходе успело нарасти до установившегося значения. Тогда периодследованияT=2tи=40мкс,ачастотаследования11F= == 25кГц .T 40 × 10−6кГц, тогда tу =73ГенераторпрямоугольныхимпульсовУсилительОсциллографРис. П2.3.

Схема измерения переходных искаженийТаким образом, для измерения времени установления необходимо:- перевести генератор низкочастотных сигналов Г3-112 (см.приложение 5) в режим генерирования прямоугольных импульсов, оставляя уровень входного сигнала таким же, как и при снятии АЧХ;- установить нужную частоту следования импульсов (см. предыдущий расчёт);- собрать схему измерения, изображенную на рис. П2.3;- добиться на экране осциллографа устойчивого изображенияимпульса (одного!);- переключатель длительности развертки и тумблер множителя развёртки (приложение) установить в такое положение, чтобыизмеряемый интервал времени (время установления tу) занимална экране не менее четырех делений шкалы (точность измерениявременных интервалов увеличивается при увеличении длины измеряемого расстояния на экране осциллографа);- найти время установления, которое определяется произведением трёх величин: длины измеряемого интервала времени наэкране по горизонтали в делениях шкалы, значение величинывремени на единицу деления шкалы в данном положении переключателя «Длительность Время/дел» и значение множителяразвёртки («х1»; «х0,2»).Например, длина временного интервала, соответствующаявремени установление составляет 5 делений, переключатель«Длительность Время/дел» находится в положении 2 мкс, а множительразверткивположении«х0,2».Тогдаt у = 5 × 2 × 0,2 = 2 мкс.74Спад плоской вершины импульса связан с нижней частотойсреза каскада соотношением: Δ = 2πf нсt и .

Отсюда:tи =Δ.2 π f нсПусть fнс = 200 Гц, а Δ = 20 %, тогда:tи =Δ0, 2=≈ 160 мкс ,2π f нс 2 × 6, 28 × 200период следования T = 2tи = 320 мкси частота следованияF = 1 T = 1 (320 × 10−6 ) = 3кГц . При выяснении влияния элементов схемы на спад плоской вершины длительность входного импульса (частота следования) должна оставаться постоянной, таккак величина спада прямо пропорциональна длительности импульса.