Файл: Лаб. практ. з схемотехн .new.doc

Вихідну (коливальну) потужність визначити з виразу ; споживану потужність з виразу - , де - струм, що споживається макетом. Струм І₀ вимірюється амперметром лабораторного джерела живлення, ККД – визначити з виразу .

При проведенні вимірювань параметри сигналів обирають у відповідності до запропонованих в табл.8.1. Отримані результати порівняти із значеннями в табл. 8.1.

Оформлення звіту

Оформлюють звіт у відповідності до вимог викладених у вступній частині даного посібника.

Контрольні запитання

1. Яким чином забезпечена симетрія плечей в вихідному каскаді ІМС К174УН7?

2. Який принцип регулювання підсилення в лабораторному макеті?

3. Який принцип регулювання форм АЧХ в лабораторному макеті?

4. Яке призначення елементів в типовій схемі ввімкнення МС К174УН7?

5. Як визначити глибину регулювання підсилення для типової схеми ввімкнення ІМС, якщо = 0,1 кОм?

6. Як визначити частотні спотворення М_в каскаду на ІМС, якщо відомі граничні частоти?

7. Чому дорівнює максимальна амплітудне значення струму у навантаженні ІМС К174УН7?

8. Яке максимальне значення вхідної напруги (амплітудне) ІМС К174УН7?

9. Яка допустима температура корпусу ІМС.

10. Чому дорівнює максимальне вихідна потужність ІМС К174УН7 при її використанні без радіатора?

Лабораторна робота № 9

ДОСЛIДЖЕННЯ ПIДСИЛЮВАЧIВ НА ІНТЕГРАЛЬНИХ

ОПЕРАЦIЙНИХ ПIДСИЛЮВАЧАХ

Мета роботи - вивчити та експериментально дослiдити рiзнi схеми ввімкнення операційних підсилювачів, їх параметри i характеристики. Розробити експериментальнi методики такого дослідження.

Короткі теоретичні відомості

Операційний підсилювач (ОП) - це підсилювач, що виконується на базі диференціального підсилювача постійного струму і відповідає таким вимогам:

- великий вхідний опір (ідеальний ОП - R_вх );

- малий вхідний опір (ідеальний ОП - R_вх 0);

- великий коефійієнт підсилення (10¹⁵-10⁶ в смузі підсилення: нуль - одиниці МГц);

- підсилення як з інверсією сигнала, так і без інверсії;

- малий дрейф нуля.

Перша вимога дозволяє підімкнути ОП до будь якого кола, не порушуючи його роботи. Друга вимога гарантує виконання ОП його функцій, не зважаючи на величину і характер навантаження. Четверта - забезпечує охоплення ОП зворотним зв’язком будь - якого виду (додатний чи від’ємний).

При виконанні усіх вказаних умов передаточна характеристика усієї системи з великою точністю відповідає передаточній характеристиці кола зворотного зв’язку і практично не залежить від параметрів ОП.

Сучасна промисловість випускає багато типів інтегральних ОП, які мають малі габарити і масу, відповідно дешеві і доступні. ОП використовуються в різних схемах ввімкнення.

Інвертувальний підсилювач на ОП, або інвертувальне ввімкнення ОП, реалізує паралельний ВЗЗ за напругою, (рис.9.1).

Для інвертувальної схеми включення ідеального ОП коефіцієнт підсилення за напругою дорівнює

К_U (9.1)

де  - коефіцієнт зворотного зв’язку.

Вихідна напруга має полярність, зворотну вхідній напрузі.

Рисунок 9.1 – Інвертувальний підсилювач

Вхідний опір зі сторони джерела сигналу визначається R_вх ≈ R1.

Вихідний опір такої схеми визначається зворотним зв’язком

(9.2)

де R_ВИХ - вихідний опір ОП без ЗЗ; К₀ - середнє значення коефіцієнта підсилення ОП, при розімкненому колі ВЗЗ.

Вплив R_ВХ і К₀ на вихідну напругу визначається співвідношенням

U_вих = – U_вх(9.3)

де R_ВХ - вхідний опір ОП без ЗЗ.

Вираз (9.3) показує, що коефіцієнт передачі реального ОП зі зворотним зв’язком менше ідеального значення R2  R1. Похибка зростає при зменшенні К₀ і R_ВХ.

Для зменшення зміщення нуля від дії вхідного струму під’єднують резистор R3. Резистор R3 вибирається з умови :

Неінвертувальний підсилювач - це включення ОП з послідовним зворотним зв’язком за напругою (рис.9.2).

Рисунок 9.2 – Неінвертувальний підсилювач

Коефіцієнт передачі неінвертуючого підсилювача з ідеальним ОП дорівнює

Вхідний опір підсилювача

R^*_вх = R_вх(1+βК₀),

R^*_вх = R_вх

Вихідний опір підсилювача

R^*_вих =

Похибка неінвертувального підсилювача визначається виразом (9.3), якщо в ньому замість підставити .

Такий підсилювач має ще одну похибку, що викликається кінцевим значенням коефіцієнта послаблення синфазної напруги

U_вих = U_вх

де К_ПОС.СФ - коефіцієнт послаблення синфазної напруги.

У випадку підсилювач забезпечує K_u=1 і використовується в якості електричного буфера, тобто це повторювач напруги на ОП (Рис.9.3).

Диференціальна схема включення ОП (рис.9.4) є поєднання інвертувальної та неінвертуючої схеми. Для пояснення рпинципа дії цієї схеми треба мати на увазі, що різниця напруг між входами ОП приблизно дорівнює нулю.

В такому випадку U_ВИХ буде дорівнювати

U_вих = (U₂ – U₁)

Опис лабораторного макету

Лабораторний макет (рис.9.5) це пiдсилювач на основi ОП, що дозволяє дослiджувати його основнi параметри, характеристики та схеми включення.

Перемикач S1 забезпечує iнвертувальне (положення 1) та неiнвертувальне (положення 2) ввімкнення ОП. Перемикач S2, в положеннi 2, забезпечує дослiдження амплiтудної характеристики без подачі сигналу вiд генератора. Перемикач S3 призначений для змiни параметрiв кола зворотного зв’язку, S4 - параметрiв коректуючого кола, S5 - опору навантаження. Резистори R5 та R15 дозволяють визначити вхiдний та вихiдний опір схеми. Резистор R11 забезпечує подачу на входи ОП постiйної напруги, необхiдної для дослiдження амплiтудної характеристики. Входи X1 та X2 призначенi для прикладання вхiдного сигналу та дослiдження вхiдного опору; X3, X6 - для вимiру вихiдної напруги та вихiдного опору; X4, X5 та X3, X4 -для вимiру вхiдної та вихiдної напруги при дослiдженнi амплiтудної характеристики; X7, X6 - для під’єднання напруги живлення.

Домашне завдання

1. Вивчити теоретичнi положення, ознайомитись зi схемою та системою комутацiї ланок макету.

2. Розрахувати значення коефiцiєнтiв пiдсилення для iнвертувального та неiнвертувального ввімкнення ОП, при значеннях номiналiв, вказаних на схемi, для різних положень S3.

3. Розробити методику експерементального дослiдження основних параметрiв пiдсилювачiв на основi ОП.

4. Розробити методику проведення обчислювального експеримента по визначенню основних параметрів підсилювачів на ОП. Пiдготувати данi для вводу в ПЕОМ (використовуючі програми Micro-Cap та Work Banch).

5. Визначити частотні спотворення (М_в) інвертувального та неінвертувального підсилювачів на основі ІМСК5534Д1А на частоті 10кГц для S3 в положенні 3, інше по п.2.

Програма експериментальних дослiджень

1. Дослiдити амплiтудну характеристику ОП на постiйнiй напрузi при рiзних опорах навантаження. Визначити за амплiтудною характеристикою коефiцiєнт пiдсилення.

2. Дослiдити АЧХ при iнвертувальному ввімкненні ОП та рiзнiй глибинi ВЗЗ. Оцiнити розрахункове значення коефiцiєнтiв пiдсилення та фактично отримане.

3. Дослiдити АЧХ при неiнвертувальному ввімкненні ОП та рiзнiй глибинi ВЗЗ. Оцiнити розрахункове значення коефiцiєнтiв пiдсилення та фактично отримане.

4. Для випадкiв пп.2,3 визначити смугу пропускання, крутість нахилу АЧХ в перехiднiй областi ( ВЧ та НЧ ), вхiдний та вихiдний опори. Опори для iнвертувального та неiнвертувального ввімкнення визначити для гранично близької глибини зворотного звя’зку.

5. Дослiдити вплив коректуючого кола та визначити смугу пропускання для рiзних сталих часу коректуючого кола, форму АЧХ в перехiднiй областi та її нахил. Змоделювати фазочастотну характеристику підсилювача, що вiдповiдає отриманiй АЧХ.

6. Дослiдити фазочастотну характеристику підсилювача. Проаналiзувати степiнь стiйкостi підсилювача в рiзних частотних областях та рiзних значеннях коректуючого кола.