Исследование свойств низкочастотного избирательного усилителя на основе операционного усилителя с двойным Т-образным фильтром в цепи обратной связи

Цель работы: практическое исследование свойств низкочастотного избирательного усилителя на основе операционного усилителя с двойным Т-образным фильтром в цепи обратной связи.

Описание лабораторной установки: работа выполняется на макете, принципиальная электрическая схема которого изображена на рисунке 1 (переключатель П1 показан на схеме установленным в положение 1). В состав макета входят:

·  операционный усилитель DA1, нагруженный цепочкой последовательно соединенных резисторов R12, R13. R14. R15, R16, R17

·  двойной Т-образный фильтр, состоящий из резисторов Rl, R2. R3 и конденсаторов CI. С2, СЗ

·  цепи вспомогательных резисторов и конденсаторов, предназначенные для обеспечения необходимых электрических режимов ОУ и 2Т-моста при проведении измерений.

Результаты измерений и вычислений:

Таблица 1 – снятие амплитудно-частотной характеристики ОУ без обратной связи

f, кГц	2	3	4	5	6	7	8
Uвых, В	0,52	0,52	0,52	0,52	0,52	0,52	0,52
Ku, В	1,04	1,04	1,04	1,04	1,04	1,04	1,04
Kudb, В	0,34	0,34	0,34	0,34	0,34	0,34	0,34

Ku = Uвых / Uвх, где Uвх = 0,5В

Kudb = 20*lg(Uвых / Uвх)

K0 = max(Ku) = 0,34 В

Таблица 2 – снятие амплитудно-частотной характеристики двойного Т-образного моста

f, кГц	2	3	4	4,5	4,6	4,7	4,8	4,9	5
Uвых, В	0,52	0,29	0,13	0,068	0,058	0,049	0,031	0,027	0,019
Ku, В	0,52	0,29	0,13	0,068	0,058	0,049	0,031	0,027	0,019
Kudb, В	-5,6	-10,8	-17,8	-23,34	-34,73	-26,19	-30,17	-28,48	-34,43
A(f)	0,856	0,957	0,979	0,984	0,985	0,986	0,987	0,987	0,988

F, кГц	5,1	5,15	5,2	5,3	5,4	5,5	6	7	8
Uвых, В	0,011	0,0067	0,012	0,011	0,02	0,032	0,066	0,14	0,19
Ku, В	0,011	0,0067	0,012	0,011	0,02	0,032	0,066	0,14	0,19
Kudb, В	-39,17	-43.47	-39,92	-39,17	-33,97	-29,89	-23,61	-17,08	-14,42
A(f)	0,988	0,989	0,989	0,989	0,990	0,991	0,992	0,994	0,996

АЧХmin: f0 = 5,2 кГц

Uвыхmin = 0.054В

R = 560 Ом

C = 0,05 мкФ = 0,05*10-3Ф

Ku = Uвых / Uвх, где Uвх = 1В

Таблица 3 – снятие амплитудно-частотной характеристики усилителя с замкнутой цепью обратной связи

F, кГц	2	3	4	4,5	4,6	4,7	4,8	4,9	5
Uвых, В	0,02	0,03	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,13	0,22
Ku, В	0,04	0,06	0,1	0,12	0,14	0,16	0,18	0,26	0,44
Kudb, В	-27,95	-24,43	-20	-18,41	-16,34	-15,92	-14,48	-11,70	-7,13
A(f)	0,639	0,736	0,792	0,807	0,810	0,812	0,813	0,815	0,816

F, кГц	5,1	5,15	5,2	5,3	5,4	5,5	6	7	8
Uвых, В	0,4	0,41	0,25	0,16	0,092	0,081	0,03	0,018	0,13
Ku, В	0,8	0,82	0,5	0,32	0,184	0,142	0,06	0,036	0,26
Kudb, В	-1,93	-1,73	-6,02	-9,89	-17,48	-16,95	-24,44	-28,88	-11,70
A(f)	0,817	0,818	0,818	0,819	0,819	0,820	0,819	0,810	0,793

АЧХmax: f0 = 5,14 кГц

Uвыхmax = 0.46В

Ku = Uвых / Uвх, где Uвх = 0,5В

K0 = max(Ku) = 0,82 В

Рабочие формулы:

где t представляет собой константу, выражаемую через параметры номинальных значений элементов 2Т-моста: t = 2п * RC.

формула свидетельствует о том, что амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя с симметричным двойным Т-образным фильтром в цепи обратной связи имеет выраженный максимум на частоте квазирезонанса (f0 = 1/t) и по форме аналогична резонансной характеристике параллельного LC-контура.

Выводы: При увеличении входного напряжения, напряжение на выходе тоже возрастает, но при этом коэффициент усиления понижается. С ростом частоты, также возрастает амплитудно-частотная характеристика усилителя. При уменьшении величины активного сопротивления нагрузки на средней частоте полосы пропускания, коэффициент усиления понижается. При увеличении ёмкости нагрузки, уменьшается амплитудно-частотная характеристика усилителя.