Работа № 1. Исследование инвертирующей и неинвертирующей схем ОУ

 

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 d_R = 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.