Лабораторные работы по электронике Исследование полевых транзисторов Исследование биполярных транзисторов Полупроводниковые выпрямители Электронный усилитель на транзисторах Исследование варикапов

Лабораторная работа

Операционный инвертирующий усилитель

Цель работы

Освоить основные понятия об операционных усилителях, характеристиках, режимах работы усилителей.

Снять амплитудную и амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Общие сведения

  Операционный усилитель широко применяется для усиления как аналоговых (непрерывных), так и импульсных сигналов. Операционный усилитель это многокаскадный усилитель с большим коэффициентом усиления (400 - 50 000 и выше). Усилитель такого типа собирается на интегральной микросхеме и имеет два входа: инвертирующий и неинвертирующий. Соответственно операционные усилители подразделяются на 2 типа – инвертирующий усилитель, выходной сигнал которого находиться в противофазе с входным сигналом и неинвертирующий усилитель, у которого оба сигнала совпадают по фазе.

  Обратная связь в усилителях подразделяется на отрицательную и положительную. Обратную связь в усилителях определяют как подачу части или всего выходного сигнала усилителя на его вход. Если, при наличии обратной связи, входное напряжение складывается с напряжением обратной связи, и на вход усилителя подается увеличенное напряжении, то такую связь называют положительной обратной связью. Если сигнал с выхода усилителя

подается в противофазе с входным, то происходит ослабление входного сигнала, и такая обратная связь называется отрицательной. Выходной сигнал подается на вход усилителя при помощи звена обратной связи. При этом

сигнал может подаваться на вход параллельно ему (обратная связь по напряжению), либо последовательно (обратная связь по току). В обратной связи по напряжению , где UOC – напряжение обратной связи, UВЫХ – выходное напряжение,  – коэффициент обратной связи.

Хотя отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя, однако в тоже время она существенно снижает уровень нелинейных искажений сигнала и стабилизирует коэффициент усиления. Эти положительные свойства отрицательной обратной связи приводят к тому, что она применяется в усилителях самого различного типа. Хотя положительная обратная связь увеличивает входное напряжение, но в то же время это приводит к возрастанию уровня нелинейных искажений выходного сигнала. Поэтому положительная обратная применяется довольно редко, главным образом в автогенераторах и некоторых избирательных усилителях.

В данной работе исследуется операционный инвертирующий усилитель с отрицательной обратной связью по напряжению. На рис. 1 приведена схема инвертирующего усилителя

 


.

Рис. 1 Операционный инвертирующий усилитель.

 В данной схеме отрицательная обратная связь осуществляется с помощью потенциометра R3, соединяющего вход и выход усилителя. Входное сопротивление усилителя определяется в основном, резистором R1, при этом вследствие этого входной и выходной токи усилителя практически равны (входной ток через усилитель (микросхему) пренебрежимо мал. Вследствие этого усиление сигнала по току отсутствует коэффициент усиления сигнала по напряжению КU определяется как: ;

Входной сигнал подается на инвертирующий вход 2. К неинвертирующему входу 3 подключается согласующий резистор R3, стабилизирующий коэффициент усиления усилителя.

 В работе исследуются две характеристики усилителя – амплитудная и амплитудно-частотная.

План работы.

1. Снять амплитудную характеристику усилителя для двух значений сопротивления обратной связи R3.

 Усиливаемый сигнал подается от генератора на вход усилителя с постепенным увеличением. Для каждого значения измерить величину входного и выходного напряжения при помощи цифрового вольтметра и записать данные в табл. 1. С этой целью используется переключатель UВХ / UВЫХ.

На основании полученных данных определить коэффициент усиления по напряжению КU, одновременно при помощи осциллографа исследовать форму сигнала.

 Таблица 1.

UВХ , В

 

 

 

 

 

 

 

UВЫХ , В

 

 

 

 

 

 

 

KU

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить амплитудную характеристику

UВЫХ  =f (UВХ).

2. Снять амплитудно-частотную характеристику.

При снятии характеристики на вход подается постоянное по величине напряжение UВХ при максимальном значении сопротивления обратной связью R3.

 Измерить входное и выходное напряжение для каждой из заданных частот и записать показания в табл. 2.

Таблица 2

f, кГц

0,1

0,5

2,0

6,0

15,0

40,0

UВХ , В

 

 

 

 

 

 

UВЫХ , В

 

 

 

 

 

 

KU

 

 

 

 

 

 

По этим данным рассчитать коэффициент усиления KU и построить амплитудно-частотную характеристику KU = f (f), где f - частота, кГц. При снятии характеристики при помощи осциллографа оценить форму сигнала и возможные искажения.

Направляющей системой для оптоволоконных систем связи являются диэлектрические волноводы, или волокна, как их называют из-за малых поперечных размеров и метода получения. В то время когда был получен первый световод, затухание составляло порядка 1000 дб/км это объяснялось потерями из-за различных примесей присутствующих в волокне. В 1970 г. были созданы волоконные световоды с затуханием 20 дб/км. Сердечник этого световода был изготовлен из кварца с добавкой титана для увеличения коэффициента преломления, а оболочкой служил чистый кварц. В 1974г. затухание было снижено до 4 дб/км, а в 1979г. Получены световоды с затуханием 0,2дб/км на длине волны 1,55мкм.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по электронике