Исследование быстродействия операционного усилителя
Задача исследование
Исследование частотных свойств операционного усилителя.
Теоретическая часть
Амплитудно-частотная характеристика усилителя описывается выражением, где
– постоянная времени ОУ, которая определяет частоту сопря-жения ломаных линий ЛАЧХ.
В логарифмическом масштабе выражение для АЧХ имеет вид: , где
Гц – опорная частота.
Графическое представление АЧХ носит название диаграммы Боде.
Расчётная часть
Коэффициент передачи ОУ в схеме инвертирующего усилителя определяется выражением:
Если сопротивление входного резистора кОм, то для реализации коэффициента усиления дБ (т.е. 10 «в разах») потребуется сопротивление резистора ОС кОм
Частота единичного усиления МГц. Верхняя частота усилите-ля кГц
Постоянная времени усилителя: мкс
Время нарастания переходной характеристики:мкс
Экспериментальная часть
Схема исследуемой цепи показана на рисунке 1. Это ОУ включённый по схеме инвертирующего усилителя.
Рисунок 1 – Схема исследуемой цепи
На рисунках 2–4 представлены АЧХ усилителя, временные диаграммы напряжений на входе и выходе усилителя при частоте 1 кГц и переходная характеристика усилителя.
Рисунок 2 – АЧХ усилителя
Рисунок 3 – Временные диаграммы напряжения
Рисунок 4 – Переходная характеристика
По диаграммам определены:
частота единичного усиления МГц;
верхняя частота усилителя кГц;
коэффициент усиления ;
длительность фронта мкс.
Результаты эксперимента совпадают с результатами расчётов.
Выводы
По результатам работы сделаны следующие выводы:
временные и частотные характеристики усилителя определяются свойствами ОУ;
коэффициент усиления определяется соотношением сопротивлений входного резистора и резистора ОС.
Исследование характеристик инвертирующего и неинвертирующего усилителя на ОУ
Задача исследования
Расчет характеристик и экспериментальное исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ.
Теоретическая часть
Коэффициенты передачи инвертирующего и неинвертирующего усилителей при большом коэффициенте переда ОУ определяются выражениями:
Верхняя граничная частота для обеих схем: ,
– частота единичного усиления.
При входное сопротивление инвертирующего и неинвертирующего каскадов:
Расчётная часть
При заданном коэффициенте усиления дБ (т.е. 10 «в разах») и сопротивлении входного резистора кОм для реализации требуемого коэффициента усиления потребуется сопротивление ОС ИУ:кОм
Сопротивление ОС НУ:кОм
Верхняя граничная частота для обеих схем кГц
Экспериментальная часть
Схема инвертирующего усилителя показана на рисунке 5, неинвертирующего усилителя – на рисунке 6
Рисунок 5 – Инвертирующий усилитель
Рисунок 6 – Неинвертирующий усилитель
Временные диаграммы прямоугольных импульсов для обоих усилителей показаны на рисунках 7 и 8. Определённый по диаграммам модуль и полярность коэффициента усиления совпадают с расчётными.
АЧХ обоих усилителей одинаковы – рисунок 9
Рисунок 7 – Временная диаграмма инвертирующего усилителя
Рисунок 8 – Временная диаграмма неинвертирующего усилителя
Рисунок 9 – АЧХ усилителя
Выводы
По результатам выполнения работы можно сделать следующие вы-воды:
в зависимости от включения ОУ коэффициент усиления может быть отрицательным или положительным. Отрицательный коэффициент указывает на инверсию полярности сигнала на выходе относительно сигнала на входе;
модуль коэффициента усиления определяется соотношением сопротивлений входного резистора и резистора ОС.