Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ИУ
|
|
Основные соотношения
Коэффициент усиления усилителя с ООС на ОУ согласно (14) равен:
К ООС = А /(1 + b А).
Для скорректированного ОУ (со спадом АЧХ 20 дБ/дек) коэффициент усиления А в соответствии с (8) зависит от частоты следующим образом:
А = А 0/[1 + j (¦/¦ср)].
Учитывая это, можно получить:
К ООС(f) = 
/[1 + (f / 
)], (34)
причем:
= А 0/(1 + b А 0), (35)
= f ср(1 + b А 0)» b А 0× f ср, (36)
где – коэффициент усиления усилителя с ООС на нулевой частоте (по постоянному току),
– частота среза усилителя с ООС.
Как следует из (34)-(36), частота среза усилителя с ООС, а следовательно, и его эффективная полоса пропускания, увеличилась в (b А 0) раз по сравнению с полосой пропускания ОУ.
Петлевое усиление (b А 0) – это разность в децибелах между коэффициентом усиления ОУ (без обратной связи) и коэффициентом усиления усилителя с ООС (рисунок 12). Это также следует из выражения:
b А 0[дБ] = (А 0/ 
)[дБ] = А 0[дБ] – [дБ] = А 0[дБ] – [дБ].
Рисунок 12 – Зависимость коэффициента усиления ОУ
и усилителя с ООС от частоты
Произведение коэффициента усиления усилителя с ООС на его полосу пропускания с учетом (35), (36) и (13) равно:
× = А 0 f ср = f (1) = const. (37)
Соотношение (37) справедливо только для усилителей со спадом АЧХ 20дБ/дек.
Соотношение (37) дает возможность определить, какой частью коэффициента усиления необходимо пожертвовать для получения желаемой полосы пропускания.
Эксперимент
1. При выключенном приборе КУЛ-1 собрать на макете схему ИУ (рисунок 11).
Номиналы резисторов: R 1 = 12 кОм,
R 2 = 110 кОм,
R 3 = 12 кОм.
2. Вычислить расчетное значение К расч ИУ.
3. При отключенном от макета кабеле 1 включить прибор КУЛ-1 и установить на выходе генератора синусоидальный сигнал с параметрами:
частота: f = 100 Гц ± 10 Гц;
амплитуда: 
= 500 мВ ± 50 мВ.
Параметры входного сигнала записать в отчет.
4. Проконтролировать по осциллографу (канал А) заданные параметры сигнала генератора.
5. Подать установленный сигнал на вход схемы, подключив кабелем 1 выход генератора к входу ИУ.
6. Проконтролировать по осциллографу (канал Б) выходной сигнал ИУ. Измерить и записать в таблицу 2 амплитуду выходного сигнала.
Сопоставляя фазы и измеренные амплитуды входного и выходного сигналов, вычислить экспериментальное значение К эксп ИУ.
Представить письменное сравнение К эксп и К расч по величине и знаку.
7. Увеличивая частоту входного сигнала (и контролируя постоянство его амплитуды), снять АЧХ ИУ. Экспериментальные данные занести в таблицу 2.
Таблица 2 – Экспериментальные результаты для определения АЧХ ИУ
| f вх | 0, 1 f ср | f ср* | 10 f ср | f (1)* | ||||||||
| f вх, кГц | 0, 1 | |||||||||||
| lg(f вх, Гц) | ||||||||||||
 , В
| ||||||||||||
| К эксп | ||||||||||||
| К эксп, дБ |
*АЧХ в области f ср снять с разрешением, достаточным для выявления особенностей характеристики.
8. Используя соотношение (37) и полученные экспериментальные значения К эксп ИУ и f ср, вычислить теоретическое значение частоты единичного усиления f (1) и сравнить его с экспериментальным значением из таблицы 2.
9. Повторить пункты 1-8 эксперимента для ИУ с другим коэффициентом усиления, предварительно изменив номинал резистора R 2 и амплитуду входного сигнала.
Номиналы резисторов: R 1 = 12 кОм,
R 2 = 560 кОм,
R 3 = 12 кОм.
Параметры входного сигнала:
частота: f = 100 Гц ± 10 Гц;
амплитуда: = 100 мВ ± 10 мВ.
10. Используя данные экспериментов, построить АЧХ первого и второго вариантов ИУ (с различными коэффициентами усиления) на одном графике в логарифмическом масштабе (частота должна быть представлена в декадном масштабе).
12. Отобразить на построенном графике процедуру определения экспериментальных значений частот среза f ср1и f ср2.
13. Записать для каждой АЧХ следующие экспериментальные данные, полученные по графику:
f ср1; полоса пропускания Δ f 1; К эксп 1 в полосе пропускания;
f ср2; полоса пропускания Δ f 2; К эксп 2 в полосе пропускания.
14. Используя экспериментальные значения К эксп и f ср для двух рассмотренных ИУ, проверить выполнение соотношения (37):
К эксп1× f ср1 = К эксп2× f ср2.
15. Письменно объяснить поведение АЧХ, а также факт выполнения или невыполнения соотношения (37).
16. Получить АЧХ для двух вариантов ИУ путем моделирования с применением программы EWB. Сравнить их с экспериментальными графиками.
4.3. Определение напряжения сдвига ОУ (U сдв)
Основные соотношения
При наличии на обоих входах реального ОУ нулевого входного напряжения, напряжение на его выходе (U вых, 0) отлично от нуля и определяется выражением:
U вых, 0 = А × U сдв,
где А – дифференциальный коэффициент усиления ОУ;
U сдв – напряжение сдвига, определяемое как напряжение, которое необходимо приложить ко входу ОУ для того, чтобы его выходное напряжение было равно нулю.
Существование U сдв объясняется, в основном, неидентичностью параметров транзисторов входного дифференциального каскада ОУ. Напряжение U сдв необходимо учитывать, особенно при усилении малых сигналов.
Можно показать, что при нулевом входном напряжении выходное напряжение инвертирующего усилителя (рисунок 11) отлично от нуля:
, (38)
где U сдв – напряжение сдвига ОУ;
I см – ток смещения (входной ток) ОУ;
I сдв = I см, р – I см, n – разность входных токов по р- и n-входам ОУ.
Выбирая величину R 3 из условия: 
, (39)
можно скомпенсировать ток I см.
Тогда получаем:
. (40)
При сравнительно малых R 2 и малых I сдв вторым слагаемым можно пренебречь:
. (41)
Эксперимент
1. При выключенном приборе КУЛ-1 собрать на макете схему ИУ (рисунок 13).
Рисунок 13 – Схема ИУ в режиме измерения U сдв
Номиналы резисторов: R 1 = 120 Ом,
R 2 = 110 кОм,
R 3 = 120 Ом *.
* Величина R3 удовлетворяет условию (39) компенсации тока I см.
2. Включить прибор КУЛ-1.
3. Измерить вольтметром постоянное напряжение на выходе ИУ.
4. Используя выражение (41), вычислить напряжение U сдв ОУ.
5. Пользуясь справочной литературой, определить и записать в отчет U сдв из технических характеристик для операционного усилителя КР1408УД12, используемого в макете. Письменно сравнить справочное значение U сдв с полученным в процессе эксперимента.
|
|