Исследование параметров и характеристик усилителя, влияние различных видов обратных связей на параметры усилителя

Министерство образования и науки Российской федерации

КГТУ

Кафедра: Радиотехника

Дисциплина: Схемотехника                                                   

Лабораторная работа №2

«Исследование влияния обратной связи на параметры усилителя»

Выполнил: студенты 2 курса

гр. Р53-6б

Акацат А. В.

Балпыков А. Ю.

Болсуновский П. А.

Черпаков Р. В.

Проверил: Скачко В. Д.

Красноярск 2005

Цель работы: Исследование влияния различных видов обратных связей на основные параметры усилителя.

Оборудование и приборы:генератор, микровольтметр переменного тока, осциллограф, лабораторный макет №2.

 

Домашняя работа:

Влияние обратной связи на параметры усилителя. Исходный усилитель выполнен на базе операционного усилителя К140УД8А, охваченного местной, не учитываемой в дальнейшем, обратной связью, и имеет следующие параметры:

- коэффициент усиления;

- верхняя граничная частота

 - входное сопротивление без учета обратной связи.

С учетом внешних резисторов коэффициенты усиления для неинвертирующего и инвертирующего включений соответственно равны:

Входное сопротивление по неинвертирующему и инвертирующему входам целиком определяются внешними резисторами и равны соответственно:

Выходное сопротивление с учетом внешних резисторов определяется выражением:

 

Номинальное сопротивление нагрузки усилителя:

При измерении выходного сопротивления усилителя с помощью внешнего резистора R₁₅ оно может быть уменьшено до величины:

При введении обратных связей по току или по напряжению значение петлевого усиления определяется соответственно выражениями

При введении обратной связи по напряжению выходное сопротивление повысится в раз:

При введении обратной связи по току выходное сопротивление повысится в  раз:

Введение последовательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя в раз, в результате чего

При параллельной обратной связи с учетом внешних резисторов коэффициент усиления усилителя

 

Поскольку собственное входное сопротивление усилителя без обратной связи слишком велико, его входное сопротивление с учетом обратных связей целиком определяется внешними резисторами. Так, при введении последовательной обратной связи

А при введении параллельной обратной связи

т.е. в данном случае эквивалентная величина с сопротивления R₅ уменьшается в  раз.

При охвате усилителя частотно-независимой обратной связью его частотные свойства улучшаются в  раз. Верхняя граничная частота

а нижняя

Обработка полученных данных:

1. Подача сигнала на неинвертирующий вход усилителя

1.1.  Сигнал с выхода генератора (f = 1кГц, Uвх_max/2 = 40мВ) подается на неинвертирующий вход усилителя, при выведенном добавочном сопротивлении R₁ и дополнительном R₁₅. Амплитуда выходного сигнала Uвых=108мВ.

1.2.  Коэффициент усиления

1.3. Входное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_1.

       При закороченном R1

Uвых1=108мВ

       При разомкнутом R1

         Uвых2=162мВ

1.4. Выходное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_15.

       При закороченном R15

Uвых1=108мВ

       При разомкнутом R15

         Uвых2=162мВ

1.5. Определение граничной частоты по падению напряжения на выходе по уровню 3дБ

fв=3,9кГц

fн=2Гц

2. Подача сигнала на инвертирующий вход без ОС

2.1.  Сигнал с выхода генератора (f = 1кГц, Uвх_max/2 = 54мВ) подается на инвертирующий вход усилителя, при выведенном добавочном сопротивлении R₁ и дополнительном R₁₅. Амплитуда выходного сигнала Uвых=108мВ.

2.2.  Коэффициент усиления

2.3. Входное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_1.

       При закороченном R1

Uвых1=108мВ

       При разомкнутом R1

         Uвых2=210мВ

2.4. При закороченном R15

Uвых1=102мВ

       При разомкнутом R15

         Uвых2=162мВ

2.5. Определение граничной частоты по падению напряжения на выходе по уровню 3дБ

fв=5кГц

fн=2Гц

3. Подача сигнала на инвертирующий вход с параллельной по напряжению ОС

3.1.  Сигнал с выхода генератора (f = 1кГц, Uвх_max/2 = 0,25В) подается на инвертирующий вход усилителя, при выведенном добавочном сопротивлении R₁ и дополнительном R₁₅. Амплитуда выходного сигнала Uвых=102мВ.

3.2.  Коэффициент усиления

3.3. Входное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_1.

       При закороченном R1

Uвых1=102мВ

       При разомкнутом R1

         Uвых2=162мВ

3.4. Выходное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_15.

       При закороченном R15

Uвых1=102мВ

       При разомкнутом R15

         Uвых2=192мВ

3.5. Определение граничной частоты по падению напряжения на выходе по уровню 3дБ

fв=25кГц

fн=2Гц

4. Подача сигнала на инвертирующий вход с последовательной по напряжению ОС

4.1.  Сигнал с выхода генератора (f = 1кГц, Uвх_max/2 = 130мВ) подается на инвертирующий вход усилителя, при выведенном добавочном сопротивлении R₁ и дополнительном R₁₅. Амплитуда выходного сигнала Uвых=130мВ.

4.2.  Коэффициент усиления

4.3. Входное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_1.

       При закороченном R1

Uвых1=130мВ

       При разомкнутом R1

         Uвых2=260мВ

4.4. Выходное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_15.

       При закороченном R15

Uвых1=130мВ

       При разомкнутом R15

         Uвых2=195мВ

4.5. Определение граничной частоты по падению напряжения на выходе по уровню 3дБ

fв=7кГц

fн=2Гц

5. Подача сигнала на инвертирующий вход с последовательной по току ОС

5.1.  Сигнал с выхода генератора (f = 1кГц, Uвх_max/2 = 60мВ) подается на инвертирующий вход усилителя, при выведенном добавочном сопротивлении R₁ и дополнительном R₁₅. Амплитуда выходного сигнала Uвых=0,35мВ.

5.2.  Коэффициент усиления

5.3. Входное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_1.

       При закороченном R1

Uвых1=0,35мВ

       При разомкнутом R1

         Uвых2=0,61мВ

5.4. Выходное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_15.

       При закороченном R15

Uвых1=0,2мВ

       При разомкнутом R15

         Uвых2=0,35мВ

5.5. Определение граничной частоты по падению напряжения на выходе по уровню 3дБ

fв=7,5кГц

fн=2Гц

6. Подача сигнала на инвертирующий вход с параллельной по току ОС

5.3.  Сигнал с выхода генератора (f = 1кГц, Uвх_max/2 = 45мВ) подается на инвертирующий вход усилителя, при выведенном добавочном сопротивлении R₁ и дополнительном R₁₅. Амплитуда выходного сигнала Uвых=0,35мВ.

5.4.  Коэффициент усиления

5.3. Входное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_1.

       При закороченном R1

Uвых1=0,35мВ

       При разомкнутом R1

         Uвых2=0,5мВ

5.4. Выходное сопротивление усилителя, замерив амплитуду выходного сигнала при закороченном и не закороченном сопротивлении R_15.

       При закороченном R15

Uвых1=0,21мВ

       При разомкнутом R15

         Uвых2=0,35мВ

5.5. Определение граничной частоты по падению напряжения на выходе по уровню 3дБ

fв=5,5кГц

fн=2Гц

Вывод: В ходе выполнения работы были исследованы параметры и характеристики усилителя, не охваченного обратными связями, а также влияние различных видов обратных связей на параметры усилителя. При этом использовались основные методы измерения, при помощи которых, определены такие параметры усилителя как, амплитуда напряжения входного и выходного сигнала, полоса усиления, которые в дальнейшем использовались для определения коэффициента усиления, входного и выходного сопротивления усилителя при различных схемах его включения.

         Параметры рассчитанные и снятые на практике целесообразно свести к таблице для дальнейшего сравнения:

		К	Rвх, кОм	Rвых, Ом	fв, кГц
Неинвертирующий вход		2,7	13,77	335	3,9
Инвертирующий		2	10,5	346	5
Последовательная ОС	По напряжению	1	2,2	345,7	7
	По току	6*10-3	2,581	411	7,5
Параллельная ОС	По напряжению	0,4	2,97	435	25
	По току	8*10-3	3,667	392,4	5,5