Английский. Лабораторная работа №6. Исследование неинвертирующих и инвертиру. Лабораторная работа 7. Исследование неинвертирующих и инвертирующих усилителей Цель

• Название: Лабораторная работа 7. Исследование неинвертирующих и инвертирующих усилителей Цель
• Анкор: Английский
• Дата: 04.11.2022
• Размер: 159.24 Kb.
• Имя файла: Лабораторная работа №6. Исследование неинвертирующих и инвертиру.docx
• Тип: Лабораторная работа; #769847

_{Лабораторная работа №7. Исследование неинвертирующих} и инвертирующих усилителей

Цель:

1. 
   Измерение коэффициента усиления неинвертирующего усилителя.
   
2. 
   Определение разности фаз между выходным и входным синусоидаль- ным напряжением ОУ.
   
3. 
   Исследование влияния коэффициента усиления неинвертирующего усилителя на постоянную составляющую выходного напряжения.
   
4. 
   Измерение коэффициента усиления инвертирующего усилителя на ОУ.
   
5. 
   Определение разности фаз между выходным и входным синусоидаль- ным напряжением ОУ
   
6. 
   Исследование влияния коэффициента усиления схемы на постоянную составляющую выходного напряжения.
   

1. 
   Краткие теоретические сведения
   

Усилитель, охваченный последовательной ООС по выходному напряже- нию с коэффициентом передачи равным единице, называется повторителем напряжения (рисунок 7.1).

-

+

^U ВХ Н
^UВЫХ

Рисунок. 7.1 - Схема повторителя напряжения
Свойства такого усилителя подобны свойствам эмиттерного или истоко- вого повторителя и для него выполняется условия

^uВХН^=uВЫХ

^RВХ ООС ^{= R}ВХ0 ^{(1 + К}UОУ ^)RВЫХООС^=RВЫХ0^{(1 +К}UОУ⁾
Что хорошо согласуется со свойствами ОУ. Действительно, напряжение,

приложенное между входами ОУ, передается на выход с коэффициентом усиле- ния К_UОУ, т.е. при любом выходном напряжении
^∆uВХ^{= ∆u}ВХ И^-∆uВХН^{= ∆u}ВЫХ^/КUОУ

в случае К_UОУ^{ } получим ∆ u_ВХ^ 0и u_ВХН=u_ВЫХ.
Появление любого входного напряжения сразу приводит к появлению разности u_ВХИ - u_ВХН=u_ВЫХ -u_ВХН. Эта разность, передаваясь на выход ОУ, изменяет его выходное напряжение так, чтобы скомпенсировать возникшее отклонение и восстановить условия, указанные выше.

Учитывая, что собственное входное сопротивление ОУ стремится к беско- нечности, а выходное сопротивление стремится к нулю, можно сказать, что рассмотренная схема подобно эмиттерному или истоковому повторителю находит практическое применение в качестве буферных или согласующих элементов.

Неинвертирующий усилитель. Схема повторителя, приведенная на ри- сунке 7.1, не инвертировала входной сигнал, но и не усиливала его. Это объяс- няется тем, что коэффициент передачи отрицательной обратной связи равен единице. Для получения коэффициента передачи усилителя, превышающего единицу в схеме необходимо обеспечить коэффициент обратной связи b_ОС<1.
Для этого в цепь ООС вводят делитель напряжения так, как показано на рисун- ке 7.2. Эта схема представляет собой неинвертирующий усилитель.

^Rос


Рисунок 7.2 - Схема неинвертирующего усилителя
Коэффициент передачи делителя в цепи ООС определяется из выражения

b_ОС= R1/(R_ОС– R1)

Тогда коэффициент усиления ОУ, охваченного отрицательной обратной связью

К_UООС=К_UОУ/(1+ К_UОУb_ОС)= К_UОУ/[1+R1К_UОУ/(R_ОС–R1)]

С учетом К_UОУ^{ } окончательно получим

К_UООС=(R_ОС– R1)/R1=1+R_ОС/ R1=1/b_ОС

Из полученного выражения можно сделать следующие выводы:

• 
  коэффициент передачи (усиления) неинвертирующего усилителя обратно пропорционален коэффициенту передачи цепи ООС;
  
• 
  при любых сопротивлениях резисторов в цепи ООС коэффициент передачи неинвертирующего усилителя не может быть меньше единицы. Последний вывод непосредственно вытекает из свойств ОУ.
  

Для исследования неинвертирующего усилителя применяют схему, приве- денную на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 – Схема исследования неинвертирующего ОУ

Коэффициент усиления схемы неинвертирующего усилителя на ОУ вы- числяется по формуле:

К_У=1+R1/R2

Постоянная составляющая выходного напряжения усилителя U_0ВЫХопре- деляется произведением напряжения смещения U_СМна коэффициент усиления схемы К_У:

^U0ВЫХ^=UСМ^КУ

Инвертирующий усилитель. В схемах повторителя и неинвертирующего усилителя сигнал u_ООСи u_ВХНподавались на различные входы ОУ. Для получе- ния инвертирующего усилителя входной сигнал и сигнал обратной связи должны подаваться на один и тот же инвертирующий вход, т.е. цепь отрицательной об- ратной связи превращается из последовательной в параллельную. Типовая схема инвертирующего усилителя приведена на рисунке 7.4.
^Iос ^Rос


вых




Рисунок 7.4 - Схема инвертирующего усилителя

Неинвертирующий вход связывается с общей точкой входа и выхода схемы (заземляется). Входной сигнал подается через резистор R1, на инвертирующий вход ОУ.

Показатели схемы можно определить, воспользовавшись уравнением токов для узла 1. Если принять R_ВХОУ=^ и входной ток ОУ I_ВХ =0, то I_ВХ=I_ОС, откуда

(U_ВХ–U_О)/R1 =-(U_ВЫХ-Uо)/Rос

При К_UОУ^ напряжение на входе ОУ Uо = U_ВЫХ / К_UОУ0, в связи с чем получим

U_ВХ/R1= - U_ВЫХ/ Rос

Следовательно, коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя с отрицательной параллельной обратной связью К_UИ= U_ВЫХ/ U_ВХоп- ределяется параметрами только пассивной части схемы

К_UИ= - Rос /R1

Выбор Rос= R1, когда К_UИ= -1, придает схеме на рисунке 7.4 свойство инвертирующего повторителя напряжения (инвертора сигнала).

Изменение коэффициента передачи усилителя до величины, меньшей единицы, достигается за счет действия входного делителя. Действительно, в

предельном случае, когда Rос = 0, коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи b_ОС = 1 и собственный коэффициент передачи сигнала со входа ОУ равен единице. В этом случае выполняется условие u_ВХИ = u_ВЫХ. Однако ко- эффициент передачи делителя, обеспечивающего необходимый входной сигнал ОУ, снижается до нуля. Вследствие этого суммарный коэффициент передачи всего ОУ также снижается до нуля. Для инвертирующего усилителя фазы вход- ного и выходного напряжений сдвинуты относительно друг друга на 180⁰.

Для исследования инвертирующего усилителя применяют схему, приве- денную на рисунке 7.5.

Рисунок 7.5 – Схема исследования инвертирующего ОУ Коэффициент усиления инвертирующего усилителя на ОУ вычисляется

по формуле:

К_У=-Rf /R1

Знак "минус" в формуле означает, что выходное напряжение инверти- рующего усилителя находится в противофазе с входным напряжением. Посто- янная составляющая выходного напряжения U_0ВЫХусилителя зависит от коэф- фициента усиления К_Усхемы и напряжения смещения U_СМи вычисляется по формуле:

^U0ВЫХ^=UСМ^КУ

1. 
   Порядок проведения экспериментов
   

Эксперимент 1. Работа неинвертирующего усилителя в режиме уси- ления синусоидального напряжения.

Постройте схему по рисунку 7.3 (с11_005). Рассчитайте коэффициент усиления напряжения К_Уусилителя по заданным значениям параметров компо- нентов схемы. Включите схему. Измерьте амплитуды входного U_ВХи выходно- го U_ВЫХсинусоидальных напряжений. Измерьте постоянную составляющую выходного напряжения U_0ВЫХи разность фаз между входным и выходным на-

пряжениями. По результатам измерений вычислите коэффициент усиления по напряжению К_Уусилителя. Результаты занесите в раздел "Результаты экспери- ментов". Используя значение напряжения смещения U_СМ, вычисленное в экспе- рименте 2 работы 6, и вычисленное теоретическое значение коэффициента уси- ления, вычислите постоянную составляющую выходного напряжения U_0ВЫХ. Результаты расчета занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 2. Исследование влияния параметров схемы на режим еѐ работы.

В схеме, приведенной на рисунке 7.3, уменьшите значение сопротивления R1 с 100кОм до 10кОм, амплитуду синусоидального напряжения генератора увеличьте до 100 мВ. Установите масштаб напряжения на входе А осциллогра- фа 100 mV/div, а на канале В - 500 mV/div. Включите схему. Повторите все опе- рации эксперимента 1 при новых параметрах компонентов. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 3. Работа инвертирующего усилителя в режиме усиле- ния синусоидального напряжения.

Постройте схему по рисунку 7.5. Повторите эксперимент 1 для этой схе- мы. Результаты вычислений занесите в раздел "Результаты экспериментов".

Эксперимент 4. Исследование влияния параметров схемы на режим еѐ работы.

Установите значение сопротивления R1 равным 10 кОм, амплитуду сину- соидального напряжения генератора - 100 мВ. Установите масштаб напряжения на входе А осциллографа 100 mV/del, а на канале В - 500 mV/del. Включите схе- му. Для новых параметров схемы повторите все измерения и вычисления экс- перимента 3. Результаты занесите в раздел "Результаты экспериментов".

1. 
   Результаты экспериментов
   

Эксперимент 1. Работа неинвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения.

Коэффициент усиления К_У расчет

расчетпорезультатамизмерений

Амплитуда входного напряжения U_ВХ измерение

Амплитуда выходного напряжения U_ВЫХ измерение

Постоянная составляющая выходного напряжения U_0ВЫХ. расчет

расчет по результатам измеренийРазность фаз между входным и выходным напряжениями измерениеЭксперимент 2. Исследование влияния параметров схемы на режим еѐ

работы.

Коэффициент усиления К_У расчет

расчетпорезультатамизмерений

Амплитуда входного напряжения U_ВХ измерение

Амплитуда выходного напряжения U_ВЫХ измерение

Постоянная составляющая выходного напряжения U_0ВЫХ. расчет

расчетпорезультатамизмерений

Разность фаз между входным и выходным напряжениями измерение

Эксперимент 3. Работа инвертирующего усилителя в режиме усиления синусоидального напряжения.

Коэффициент усиления К_У расчет

расчетпорезультатамизмерений

Амплитуда входного напряжения U_ВХ измерение

Амплитуда выходного напряжения U_ВЫХ измерение

Постоянная составляющая выходного напряжения U_0ВЫХ. расчет

расчет по результатам измеренийРазность фаз между входным и выходным напряжениями измерениеЭксперимент 4. Исследование влияния параметров схемы на режим еѐ

работы.

Коэффициент усиления К_У расчет

расчетпорезультатамизмерений

Амплитуда входного напряжения U_ВХ измерение

Амплитуда выходного напряжения U_ВЫХ измерение

Постоянная составляющая выходного напряжения U_0ВЫХ. расчет

расчетпорезультатамизмерений

Разность фаз между входным и выходным напряжениями измерение

2. 
   Контрольные вопросы
   

1. 
   Приведите схему неинвертирующего ОУ, объясните принцип ее рабо- ты. Какую роль в схеме играет делитель напряжения?
   
2. 
   От чего зависит коэффициент усиления неинвертирующего усилителя?
   
3. 
   Приведите схему повторителя напряжения. Объясните принцип ее ра- боты.
   
4. 
   Оцените различия между измеренной и вычисленной постоянной со- ставляющей выходного напряжения.
   
5. 
   Приведите схему инвертирующего ОУ, объясните принцип ее работы.
   
6. 
   Какие параметры схемы на рисунке 7.5 влияют на ее коэффициент уси- ления?
   
7. 
   Как достигается изменение коэффициента передачи усилителя?