Исследование характеристик усилителя низкой частоты

Цель: построение частотной, амплитудной и фазовой характеристик УНЧ.

 

1. Оборудование:

1.1. Персональный компьютер компьютерного класса АТМ                        

1.2  Программа онлайн - Circuit Simulator  

 

2. Требование при выполнении данной лабораторной работы:

2.1. Собрать схему в программе симулятор Circuit Simulator согласно рисунка 5.3 (https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html)

2.2. Преподаватель указывает на выполняемые операции (какие измерения будут производиться).

2.3. После фиксации измерения необходимо заполнить таблицы 1 и 3. По данным таблицы построить графики амплитудной, частотной и фазовой характеристик усилителя.

 

3. Теоретическая часть:

Оценить качество работы усилителя можно с помощью диаграмм построенных на основе экспериментальных значений.

Амплитудная характеристика – графическая зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя от амплитуды его входного напряжения на некоторой постоянной частоте сигнала.

Рис. 5.1. График амплитудной характеристики

 

Отношение амплитуды максимального и минимального значения напряжения входного сигнала называется динамическим диапазоном усилителя.

D_dB = 20 lg U_{вх max}/ U_{вх min}

 

Амплитудно-частотная и Фазо-частотная характеристики (АЧХ и ФЧХ).

АЧХ – это зависимость модуля коэффициента усиления от частоты, а ФЧХ – зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжением от частоты. Рис. 5.2

Рис. 5.2. АЧХ усилительного каскада

 

4. Ход работы:

4.1 Собрать схему, изображенную на рисунке 5.3.

Рис. 4.3. Схема усилительного каскада

 

4.2. установить значения элементов в соответствии с таблицей 2.

4.3. Установить частоту входного сигнала 1000 Гц, на источнике питания E1=50B, R6=100кОм, С3=1мкФ.

4.4. В собранной схеме подключить осциллограф, Канал А на выход с генератора (красный), Канал B на коллектор транзистора (синий, выход УНЧ).

4.5. Измерить значение напряжения смещения

4.6. Изменяя значение входного напряжения от 0 до 200мВ, измерить напряжения смещения и результат записать в таблицу 1. Значения входного, выходного напряжения и коэффициент усиления.

 

таблица 1

Uвх, В	Uвых, В	КU	КU (логарифмический)
1
2
5
10
20
50
100
200

 

Варианты (назначаются преподавателем), данные к схеме 4.3:

таблица 2

вариант	R1, кОм	R2,к Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	C1, мкФ	C2, мкФ
1	20	5	500	1	1000	1	470
2	20	5	2000	2	1000	1	1500
3	20	5	500	5	1000	1	4700
4	20	5	2000	10	1000	1,5	1000
5	20	5	500	1	2000	1,5	2200
6	30	10	2000	2	2000	2	470
7	30	10	500	5	2000	2	1500
8	30	10	2000	10	2000	2	4700
9	30	10	500	1	1000	2,4	1000
10	30	10	2000	2	1000	2,4	2200
11	50	10	500	5	1000	4,7	470
12	50	10	2000	10	1000	4,7	1500
13	50	10	500	1	2000	4,7	4700
14	50	10	2000	2	2000	5,1	1000
15	50	10	500	5	2000	5,1	2200
16	50	20	2000	10	2000	8,2	470
17	50	20	500	5	1000	8,2	1500

 

4.7. По данным таблицы 1 построить график амплитудной характеристики усилителя.

4.8. Выбрать значение входного напряжения, находящееся на середине линейного участка амплитудной характеристики усилителя. Установить его на источнике входного сигнала.

4.9. Изменяя значение частоты входного сигнала от 0 до 20кГц записать в таблицу 3 значения входного, выходного напряжения, коэффициент усиления и сдвиг фаз между входным и выходным напряжением

4.10. По данным таблицы 3 построить график частотной и фазовой характеристики усилителя

 

 

Таблица 3

f, Гц	Uвх, В	Uвых, В	КU	Δφ
1
2
5
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
10000
20000

 

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

1. Цель работы.

2. Принципиальную схему лабораторного задания с указанием параметров электронных компонентов.

3. Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

4. Графики амплитудной, частотной и фазовой характеристик, полученные в результате эксперимента.

5. Выводы по результатам эксперимента.

 

Лабораторное занятие № 6

"Исследование параметров инвертирующего и не инвертирующего операционных усилителей"

Цель: построение зависимости выходного напряжения от частоты входного сигнала, амплитудной и фазовой характеристик операционного усилителя в режимах инверсии и прямого усиления. Сравнить эти режимы усиления.

 

1. Оборудование:

1.1. Персональный компьютер компьютерного класса АТМ                        

1.2  Программа онлайн - Circuit Simulator  

 

2. Требование при выполнении данной лабораторной работы:

2.1. Собрать схему в программе симулятор Circuit Simulator согласно рисунка 1.3 (https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html)

2.2. Ознакомиться с требованиями по выполнению данной лабораторной работы, знать теорию подключения операционных усилителей как в режиме инверсии, так и прямого усиления сигнала.

2.3. После фиксации измерения необходимо заполнить таблицу 1. По данным таблицы построить график.

3. Теоретические сведения

Рис. 6.1. Режим инверсии и режим прямого усиления

 

По отношению сопротивлений R3/R1 (R2/R1 +1) определяется теоретический коэффициент усиления операционного усилителя.

Для построения амплитудной и фазовой характеристик необходимо в меню программы выбрать Analisis далее AC Frequency. Нажимаем для продолжения верхнюю правую кнопку Simulate. Откроется окно с графиками как показано на рисунке 6.2

Рис. 6.2. АЧХ и ФЧХ операционного усилителя

 

На верхнем графике АЧХ, на нижнем ФЧХ, по данным графикам можем определить границу появления искажений выходного сигнала операционного усилителя.

 

Практическая часть

4.1  Запускаем на компьютере программу.

4.2  Собираем схему согласно рисунку 2. Инвертирующий усилитель.

Рис. 6.3. Схема инвертирующего усилителя

 

4.3  Параметры элементов:

	Параметр
R1	18 кОм
R3	36 кОм
R4	100 кОм

В параметрах функционального генератора выбрать синусоидальный вид сигнала, установить напряжение амплитудой 1 В и частотой f =1 кГц.

4.4 Сопротивление R2 определяем самостоятельно и вносим параметр в схему.

4.5 Производим теоретический расчёт коэффициента усиления по имеющимся данным.

4.6 Собранную схему включаем. По полученным параметрам вольтметров определяем практический коэффициент усиления. Осциллограмму осциллографа сохраняем в файл.

4.7 Подайте на вход схемы синусоидальное напряжение амплитудой 5 мВ. Затем заполните таблицу1 меняя значение в параметре функционального генератора по первой строке. Делаем расчёты с помощью инженерного калькулятора на компьютере и заполняем таблицу.

 

Таблица 1.

f	1 Гц	100 Гц	1 кГц	100 кГц	200 кГц	400 кГц	600 кГц	1 МГц	2 МГц
Lgf
Uвых
К

 

К = U_вых / U_вх

 

По полученным данным начертить график как показан на рисунке 6.4.

Рис. 6.4. Зависимость выходного напряжения от частоты

 

Данный график можно построить с помощью программы Microsoft Office – Exel. Пример выполнения на рисунке 6.5.

4.8 Определить разность фаз между входным и выходным напряжениями

Δφ=___º

Рис. 6.5. График зависимости выходного напряжения.

 

4.9  Далее строим амплитудную и фазовую характеристики усилителя. Для этого необходимо закрыть окно осциллографа. Полученный результат копируем в файл.

 

5 Собираем схему согласно рисунку 6.6. Схема не инвертирующего усилителя.

 

Рис. 5.6.  Не инвертирующий усилитель.

 

5.1 Повторяем пункты 4.3÷4.9 для данной схемы при условии, что R1=18кОм, R2=36кОм.

 

 

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

1. Цель работы.

2. Принципиальные схемы лабораторного задания с указанием параметров электронных компонентов.

3. Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

4. Графики амплитудной, частотной и фазовой характеристик, полученные в результате эксперимента.

5. Выводы по результатам эксперимента:

- Принцип работы данного ОУ

- В каких диапазонах происходит искажение выходного сигнала

- Сравните работу ОУ в этих режимах.