Цель работы: научить вычислять и измерять коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителей с идеализированным ОУ.
Инвертирующая схема ОУ показана на рис. 4.
Используя правило 2, для инвертирующеговхода можно записать (R 1 и R 2 – величины сопротивлений резисторов R1 и R2)
, откуда 
, и н = 0.
Согласно правилу 1 е н – е и» 0, т. е. е н» е и. Следовательно:
.
Таким образом, коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется как
.
Знак "–" показывает, что входное и выходное напряжения ОУ находятся в противофазе, т. е. сдвинуты друг относительно друга на 180°.
Для неинвертирующей схемы ОУ (рис. 5), используя правило 2, соотношение для определения и и запишется в виде:
, откуда 
, и н = U 2.
Используя правило 1, получаем
,
т. е. коэффициент усиления неинвертирующего ОУ определяется соотношением
.
Рис. 4
| 
Рис. 5
|
Выражения для коэффициентов усиления k и и k н соответствуют общему выражению для определения коэффициента усиления идеального ОУ в линейном режиме с бесконечным собственным коэффициентом усиления, охваченного ООС. Принципиально важным является то, что величина и стабильность коэффициента усиления определяются пассивными элементами, входящими в цепь ООС, т. е. резисторами R1 и R2.
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. Рассчитать коэффициенты усиления k и и k н.
3. Определить разброс рассчитанных k и и k н с учетом допусков на выбранные резисторы:
,
где dR = D R / R – относительная погрешность;
D R – абсолютная погрешность;
R –номинальное значение выбранного сопротивления резистора.
Например, для R = 30 кОм ±5%, D R = 1,5 кОм). Тогда
; 
;
; 
4. Рассчитать и построить зависимости U вых = f (U вх) при k min и k max отдельно для инвертирующего и неинвертирующего усилителей. Графики предъявить преподавателю. (Графики не должны быть мелкими, поскольку на них будут наносится результаты эксперимента). Проверить расчеты с помощью программы MathCAD. Пример расчета характеристик инвертирующего усилителя приведен на рис. 6, а неинвертирующего – на рис. 7.
Рис. 6
Рис. 7
5. Собрать схему инвертирующего усилителя (рис. 8). На инвертирующий вход подключить датчик сигнала ДС, расположенный на универсальном стенде, установив переключатель диапазонов в положение "Постоянное".
6. Включить питание стенда. Изменяя с помощью датчика сигнала входное напряжение, измерить и занести в таблицу значения входных и выходных напряжений (10...15 измерений в диапазоне линейного изменения U вых). Отключить питание стенда. По результатам измерений построить график U вых = f (U вх) в одних осях с расчетными характеристиками. Сравнить полученные результаты.
7. Собрать схему неинвертирующего усилителя (рис. 9). Датчик сигнала подключить к неинвертирующему входу. Повторить измерения по п. 6. Отключить питание стенда.
Рис. 8
| 
Рис. 9
|
Содержание отчета
1. Схемы исследуемых усилителей.
2. Результаты расчетов коэффициентов усиления.
3. Графики и таблицы по результатам расчетов и измерений.
