Работа № 2. Исследование частотных свойств инвертирующего и неинвертирующего ОУ

Цель работы: измерение логарифмических амплитудно-частотной (ЛАХ) и фазо-частотной (ФЧХ) характеристик инвертирующего и неинвертирующего ОУ.

Частотные свойства ОУ, охваченного отрицательной обратной связью, в линейном режиме представляются его амплитудно-частотной характеристикой k = f (w). Принято измерять k в децибелах, т. е. необходимо вычислять 20lg(k), при этом частота откладывается по горизонтальной оси в логарифмическом масштабе.

В ОУ, начиная с некоторой частоты, наблюдается снижение коэффициента усиления. Это происходит из-за того, что усилительный каскад является емкостной нагрузкой для источника сигнала, имеющего конечный импеданс. Уменьшение реактивного сопротивления такого конденсатора при увеличении частоты вызывает появление спада характеристики с наклоном 20 дБ/дек (рис. 10). На высоких частотах выходной сигнал сдвигается по фазе относительно входного (рис 11).

Рис. 10

Рис. 11

Порядок выполнения работы

1. Выбрать резисторы сопротивление резисторов R1 и R2 в диапазоне (1...100) кОм таким образом, чтобы R ₂/ R ₁ < 3.

2. Собрать схему инвертирующего усилителя (рис. 11). Подключить к инвертирующему входу ОУ генератор синусоидального напряжения (ЗГ).

3. Подключить один канал осциллографа ко входу ОУ, а другой - к выходу. Установить на выходе генератора (ЗГ) частоту 20 Гц.

4. Включить питание стенда. Регулируя уровень выходного сигнала генератора, установить по осциллографу максимальную амплитуду выходного сигнала ОУ без искажений. Измерить с помощью осциллографа амплитуды входного и выходного напряжений (А _вх, А _вых) и временной сдвиг (D t) между входным и выходным напряжениями. Результаты занести в таблицу 1. Поддерживая неизменной амплитуду входного сигнала, изменять частоту входного сигнала (f _с) от 20 Гц до 200 кГц, измеряя при этом с помощью осциллографа А _выхи D t (4–5 измерений за декаду). Отметить частоты, на которых происходит снижение амплитуды выходного сигнала. Результаты занести в таблицу 1. Отключить питание стенда.

5. По результатам измерений рассчитать w = 2p f _с, k = A _вых/ A _вх, 20lg(k), j. Для инвертирующего усилителя:

,

где Т – период входного сигнала.

Результаты расчетов занести в таблицу 1. По результатам расчетов построить графики 20 lg(k) = f (w) и j = f (w) (w откладывать в логарифмическом масштабе по декадам).

Таблица 1

Результаты измерений	Результаты расчета
f с, Гц	А вх, В	А вых, В	D t, с	w, рад/c	k	20 lg(k)	j, град
220 кГц

 

6. Собрать схему неинвертирующего усилителя (рис. 12). Генератор синусоидального напряжения подключить к неинвертирующему входу. Повторить измерения по п. 5. Отключить питание стенда. Провести расчеты по п. 5. Для неинвертирующего усилителя

.

Рис. 12

Рис. 13

 

Содержание отчета

 

1. Схемы исследуемых усилителей.

2. Таблица 1 для инвертирующего и неинвертирующего ОУ.

3. Графики 20 lg(k) = f (w) и j = f (w).