Л.Г. Прохоров, С.Е. Стрыгин - Операционный усилитель (1119789), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Значения f1 , полученные таким способом в указанном диапазоне частот, должны получаться примерно одинаковыми.6.2Расчет усилителя на основе ОУТипичное задание: Для конкретной схемы усилителя (см. рис. 4) преподавателем заданы: максимальный коэффициент усиления Kmax , fн и(или)fв , форма АЧХ усилителя, инвертирующий или неинвертирующий усилитель.По заданной преподавателем АЧХ усилителя определите схему цепи отрицательной обратной связи. Используйте резисторы, имеющие сопротивления в пределах от 1 кОм до 300 кОм (много больше выходного сопротивления ОУ, но много меньше входного сопротивления осциллографа).
Сопротивление R1 выбирается произвольно в этом диапазоне, а R2 = Kmax · R1(для инвертирующего усилителя) или R2 = (Kmax − 1) · R1 (для неинвертирующего).18Исходя из заданных значений верхней и(или) нижней частот, а такжевыбранных сопротивлений, рассчитайте емкости C1 и(или) C2 (см. формулы (12)). Проверьте, есть ли полученные вами значения емкостей в наличии,при необходимости скорректируйте расчет.6.3Измерение АЧХ и ФЧХ усилителя с обратной связью на основе ОУПеред сборкой схемы усилителя измерьте величины взятых вами сопротивлений и емкостей и запишите полученные значения. При расчете теоретических кривых используйте эти значения.После сборки усилителя, подключите к нему питание, вход усилителясоедините с генератором гармонических сигналов и одним из каналов осциллографа, выход - с другим каналом осциллографа.Проверьте, что усилитель действительно работает.
Для этого подайтесигнал на частоте между верхней и нижней заданными частотами (длясхем с единственной емкостью в частотных диапазонах f > 10 · fн и f <fв /10) и оцените коэффициент усиления: он должен быть близок к Kmax(см. рис. 4). Если в выходном сигнале появляются нелинейные искажения,то надо уменьшить амплитуду входного гармонического сигнала.e B (f ) от частоты входИзмерьте зависимость коэффициента передачи Ke B (f )| и ФЧХ argKe B (f )) в диапазоне частот от fн /10ного сигнала (АЧХ |Kдо fв · 10(для схем с единственной емкостью в диапазоне fн /10 до выходана плато и с плато до fв · 10). Преподаватель может задать любую другуюцепь ООС для собираемого усилителя.196.4Сравнение экспериментальных данных с теоретическимиe B (f )| и ФЧХ argKe B (f ) усилителяПостройте измеренные графики АЧХ |Kв логарифмическом масштабе по обоим осям.
Нанесите на график АЧХ теоретическую кривую, рассчитанную для ваших значений R и C по формулам(4) или (6).Определите максимальный коэффициент усиления, найдите верхнююи(или) нижнюю частоту для экспериментально измеренной АЧХ. Сравнитеэкспериментально измеренные значения этих параметров с расчетными длявзятых вами элементов. Объясните отличия.7Контрольные вопросы1. Что такое операционный усилитель?2. Что нужно подключить к операционному усилителю для его нормальной работы?3. Какие характеристики операционного усилителя вы знаете? Расскажите, как их определить и каковы их типичные значения.4.
Что такое положительная и отрицательная обратная связь?5. Нарисуйте схему инвертирующего (неинвертирующего) усилителя, выведите формулы их коэффициентов усиления.6. Получите формулу для коэффициента усиления, нарисуйте АЧХ, найдите верхнюю/нижнюю частоту для схемы, заданной преподавателем(например, для схем на рис.4).207. В каких случаях необходимо учитывать нелинейность операционногоусилителя?8Cодержание отчета• Принципиальные схемы неинвертирующего и инвертирующего усилителей на основе ОУ.• Таблицы с данными для построения АЧХ и ФЧХ усилителей.• Графики АЧХ и ФЧХ усилителей.• Расчеты верхней и нижней частот, коэффициентов усиления, выполненные по результатам измерений.• Анализ результатов расчета и эксперимента.Приложение A: Расчет частотных характеристик усилителей с обратной связьюТеперь остановимся на частотных характеристиках усилителя, строящегосяна основе ОУ с обратной связью.
Как было показано, для частот f fввыражение (9) принимает вид|K̃o (f )|f = Ko (0)fв = const.(13)Коэффициент усиления при наличии цепи отрицательной обратной связи с коэффициентом передачи B̃ имеет вид:|K̃B (ω)| =K̃o (ω).1 − B̃(ω)K̃o (ω)21(14)При |B̃ K̃o (ω)| 1 амплитудно-частотная характеристика усилителяK̃B (f ) совпадает с характеристикой ОУ K̃o (f )(см. Рис. 7).Найдем верхнюю частоту ω̄в = 2π f¯в для неинвертирующего усилителяс цепью обратной связи, если Z̃1 (ω) = R1 и Z̃2 (ω) = R2 .Из соотношений (14,7), считая, что на частотах ω ω̄в B̃ = −R1 /(R1 +R2 ) и |Ko (0)| 1, получим1|K̃B (ω)| 'Bq1 + (ω/ωв |B̃|Ko.(15)(0))2Следовательно, верхняя частота усилителя будет равнаω̄в = ωв Ko (0)/Km (ω̄в ),(16)где Km (ω̄в ) = 1 + R2 /R1 = 1/|B̃| – коэффициент усиления неинвертирующего усилителя. Отсюда следуетf¯в Km (f¯в ) = f вKo (0) = const,(17)так как Ko (0) и fв являются характеристиками конкретного ОУ и не зависят от факта наличия цепи обратной связи.
Видно, что при Km (f¯в ) = 1верхняя частота f¯в есть частота единичного усиления f1 . Выражение (17)при этом имеет вид:Km (f¯в )f¯в = f1 ,которое также справедливо и для частот f > f¯в .Таким образом, произведение коэффициента передачи ОУ с обратнойсвязью на полосу пропускания усилителя равно полосе единичного усиления. Например, при создании усилителя с полосой пропускания 20 кГц наоснове ОУ, частота единичного усиления которого f1 ' 0.8МГц, коэффициент передачи усилителя не может быть более величины|Km | = f1 /f¯в = 40.22(18)Рис. 7: Типичные зависимости собственного коэффициента передачи ОУK̃o (f ) и коэффициента передачи ОУ с цепью ООС K̃ус (f ) от частотыСписок литературы[1] Основы радиофизики.
А.А. Белов, Г.В. Белокопытов, Ю.И. Кузнецов,А.С. Логгинов, И.В. Иванов, К.С. Ржевкин; под ред. А.С. Логгинова.–М.: Изд-во УРСС, 1996.[2] И.Т. Трофименко, Е.В. Лебедева, Н.С. Седлецкая. Практикум по радиоэлектронике. Под ред. А.П. Сухорукова.– М.: Изд-во Мос. ун-та,1997.[3] Краткое пособие по радиофизике. Ю.И. Воронцов, И.А. Биленко; подред. А.С. Логгинова, Изд-во КДУ, 2007.[4] Ю.И. Кузнецов, А.С. Логгинов, В.П. Митрофанов. Усилители и RCгенераторы низкой частоты на транзисторах и интегральных схемах.–М.: Физический факультет МГУ им. М.В.
Ломоносова, 2009.23.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
