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 R2/R1 < 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 (Авх, Авых) и временной сдвиг (Dt) между входным и выходным напряжениями. Результаты занести в таблицу 1. Поддерживая неизменной амплитуду входного сигнала, изменять частоту входного сигнала (fс) от 20 Гц до 200 кГц, измеряя при этом с помощью осциллографа Авыхи Dt (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 = 2pfс, k = Aвых/Aвх, 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 | ||||||
| fс, Гц | Авх, В | Авых, В | Dt, 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).