Ознакомление с операционным усилителем и влиянием обратной связи на его характеристики. исследование зависимости коэффициента усиления усилителя от частоты сигнала и влияния на эту зависимость схемы усилителя и характера нагрузки

ЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Цель работы – ознакомиться с операционным усилителем и влиянием обратной связи на его характеристики.

Основные схемы включения операционного усилителя:

1. Инвертирующий усилитель

2. Неинвертирующий усилитель

Паспортные данные операционного усилителя К140УД1Б

Оценка коэффициента усилия при различных R₀

Для инвертирующего усилителя в случае, когда произведение ß К₀ = K₀R1/(R₀+R₁) = 31.9 >> 1, коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью может быть приближенно вычислен по формуле

                  К= - R₀ / R_{1 ,}

а для схемы неинвертирующего усилителя – по формуле

                  К=(R₀ / R₁)+1

R₁=6,02 кОм
Результаты расчета и измерений коэффициента усиления усилителя при различных значениях сопротивления R₀ в цепи отрицательной обратной связи

Схема	R0, кОм	R0 / R1	Красч	Uвх.доп , В	Uвх , В	Uвых , В	Кэксп
Инвертирующий Усилитель (И)	131	22	22	0.18	100	2.3	23
	633	105	105	0.038	10	1.05	105
	∞	-	3500	0,0012	1	2.7	2700
Неинвертирующий Усилитель (Н)	131	22	23	0,17	100	2,55	25
	633	105	106	0,037	10	1.1	110
	∞	-	3500	0,0012	1	2.7	2700

Снятие амплитудной характеристики усилителя

В нашем случае снятие амплитудной характеристики усилителя производилось в четвертом режиме, при котором R₀= 633 кОм, U_вх.доп= 0,038 В.

Амплитудная характеристика усилителя

Uвх	Uвх / Uвх.доп	0	0.33	0.66	2	2.7	5.5	6.6
	Uвх , мВ	0	0.06	0.12	0.36	0.5	1	1.2
Uвых , В		0	1.6	3	8	10	10	10
К=Uвых / Uвх		-	26	26	26	22	20	8.3

График амплитудной характеристики усилителя

Вывод:

Проведённые измерения показывают, что выходное напряжение усилителя перемтаёт увеличиваться, после того как входное напряжение превышает 0,5 мВ, т.е. U_вх/U_{вх. доп}=2.7

Частотная характеристика усилителя

Цель работы – исследование зависимости коэффициента усиления усилителя от частоты сигнала и влияния на эту зависимость схемы усилителя и характера нагрузки.

f, кГц	Cн=0 нФ R0=131 кОм Uвх=100 В		Cн=0 нФ, R0=633 кОм, Uвх=10 В		Cн=0 нФ, R0= ∞ кОм, Uвх=100 В
	Uвых	К	Uвых	К	Uвых		К
0,01	2,7	27	1	100	2,7		2700
0,03	2,6	26	1	100	2,6		2600
0,1	2,5	25	1	100	2,5		2500
0,3	2,6	26	1	100	2,6		2600
1,0	2,6	26	1	100	2,6		2600
3,0	2,6	26	1	100	2,6		2600
10	2,6	26	1	100	2,6		2600
30	2,4	24	0,95	95	2,4		2400
100	2,4	24	0,9	90	2,4		240
300	1,9	19	0,7	70	1,9		1900
1000	0,5	5	0,5	50		0,5	500

Частотная характ

еристика усилителя при подключении нагрузки С_н

f , кГц	R= ∞ кОм, Сн= 0.01 мкФ, R0= 633 кОм
	Uвых	К
0,01	1	100
0,03	1	100
0,1	1	100
0,3	1	100
1,0	1	100
3,0	1	100
10	1	108
16.5	1.4	140
30	0.8	80
100	0	0

График зависимости частоты от коэффициента усиления

Вывод:

После проведения всех измерений, произведения расчётов и построения необходимых графиков были установлены частоты, являющиеся граничными для диапазонов усиления.

Для усилителя без ёмкости на входе предельные пропускные частоты составили

Для R₀ = 131 кОм, ∞    f_max = 380 кГц.

Для R₀ = 638 кОм         f_max = 430 кГц.

При подключённой ёмкости С_н= 0.01 мкФ и R₀= 633 кОм f_max = 38 кГц.