III. Дифференциальный усилитель

Отчет по лабораторной работе

Дисциплина: Схемотехника аналоговых устройств

Тема: Масштабирующие усилители на ОУ

Выполнили студенты гр. 33422/2                                  Васин А.

                                                                                                Гревцев Н.

                                                                                                Малов Д.

Руководитель, доц.                                                         Борисенко А.Л.

                                                                  «_____» ___________2015 г.

Санкт - Петербург

2015

Схема лабораторной установки:

Номиналы сопротивлений:

R1=1 кОм, R2=10 кОм, R3=10 кОм, R4=100 Ом, R5=10 кОм, R6=100 кОм, R7=10 кОм, R8=91 кОм, R9=10 кОм, R10=100 кОм, R11=200 кОм, R12=270 кОм, R13=5.1 МОм, R14=220 кОм, R15=200 кОм, R16=220 кОм, R17=1 МОм.

I. Инвертирующий усилитель

1. Положения ключей: S1-3,S2-2, S3-2,S4-1.Измерение постоянной составляющей выходного напряжения при нулевом входном напряжении в режиме постоянного тока для 2х случаев. По результатам измерений производится оценка напряжения смещения нуля.

1.1.Положение ключа S5-4(подключён резистор R13)

Uвых=0.214 В.

1.2.Положение ключа S5-3(подключены резисторы R11-R12)

Uвых=0.02 В.

Выходные напряжения для этих случаев отличаются на порядок, т.к. при разной нагрузке наблюдается разная глубина отрицательной обратной связи(ООС).

Оценка напряжения смещения нуля:

eсм*Kид=Uвых.ош =Uвых;                                         

eсм=Uвых/ Kид;

1.1. Кид= - R13/R3= - 5.1 МОм/10 кОм= - 510;

есм=0.214/( - 510)= - 0.0004 В.

1.2. Kид= - (R11+R12)/R3= - 470 кОм/10 кОм= - 47;

есм=0.02/( - 47)= - 0.0004 В.

2.Положения ключей: S1-3,S2-2, S3-2,S4-1.Снятие амплитудных характеристик для 2х случаев. По результатам определяются коэффициенты усиления(K=дUвых/дUвх).

2.1.Положение ключа S5-3(подключены резисторы R11-R12)

Таблица данных:

Амплитудная характеристика:

K=(2190 - 1910)/(-47 - (- 41))=280/(- 6)= - 46,(6).

2.2.Положение ключа S5-2(подключён резистор R10)

Таблица данных:

Амплитудная характеристика:

K=(1290 - 780)/(-126 - (- 77))=510/(- 49)= - 10,4.

Коэффициенты передачи отрицательны, т.к. усилитель инвертирующий.

3. Положения ключей: S1-3,S2-2, S3-2,S4-1,S5-3. Снятие амплитудно-частотной характеристики(АЧХ) в режиме гармонического сигнала. По осциллографу производится измерение сдвига фаз между входным и выходным напряжениями на частоте 18 кГц.

Таблица данных:

Амплитудно-частотная характеристика:

Период T=1/f=1/18 кГц=56 мкс. Добавка 180 гр. объясняется тем, что усилитель инвертирующий.

Сдвиг фаз дФ=(13,6/56)*360 гр.+180 гр.=87,42 гр. +180 гр.=267,42 гр.

4. Положения ключей: S1-3,S2-2, S3-3,S4-1,S5-2. Снятие амплитудно-частотной характеристики(АЧХ) в режиме гармонического сигнала. Особенностью этого пункта является RC-цепочка во входной цепи и параллельное соединение R||С в цепи обратной связи.

Таблица данных:

Амплитудно-частотная характеристика:

Влияние емкостей проявилось в изменении АЧХ усилителя, появился завал в области низких частот.

5.Положения ключей: S1-3,S2-2, S3-2,S4-2,S5-2.Измерение входного сопротивления усилителя на 2х разных частотах.

Формулы для расчёта:

Iвх=(Ua - Uб)/R1;

 Rвх=Uвх/Iвх=Uб/Iвх.

5.1. f=80 Гц

Ua=0,019 В; Uб=0,017 В; Iвх=2 мВ/1 кОм=2 мкА; Rвх=17 мВ/2 мкА=8,5 кОм;

5.2. f=8 кГц

Ua=0,019 В; Uб=0,017 В; Iвх=2 мВ/1 кОм=2 мкА; Rвх=17 мВ/2 мкА=8,5 кОм.

Как показал эксперимент, входное сопротивление усилителя не зависит от частоты.

II. Неинвертирующий усилитель

6.Положения ключей: S1-1,S2-не им.значения, S3-1,S4-не им.значения. Снятие амплитудной характеристики при S5-3. По результатам определяется коэффициент усиления(K=дUвых/дUвх).После перевода ключа S5-2 производится снятие АЧХ.

6.1. Положение ключа S5-3(подключены резисторы R11-R12)

Таблица данных:

Амплитудная характеристика:

K=(2540 - 2150)/(53 - 45)=390/8= 48,75;

Коэффициент передачи положителен, т.к. усилитель неинвертирующий.

6.2. Положение ключа S5-2(подключён резистор R10)

Таблица данных:

Амплитудно-частотная характеристика:

III. Дифференциальный усилитель

7.  Последовательное определение коэффициентов передачи по инвертирующему(К-) и по неинвертирующему (К+) входам на частотах 40 Гц и 18 кГц. Определение Кд, Ксф и Коос ДУ на этих частотах.

Формулы для расчёта:

К+=Uвых/Uвх; К-=Uвых'/Uвх'; Кср=(К++ |К-|)/2; ∆К=2*(К+-Кср); Кд=Kср; Ксф=∆К, Косс=20*lg(Kд/Kсф);

7.1.f=40 Гц

К+=Uвых/Uвх=0,230 В/0,023 В=10;

К-= Uвых'/Uвх'=0,230 В/0,023 В=10;

Кср=10;

∆К=2*(10-10)=0;

Кд=10;

Ксф=0;

Косс=20*lg(беск.)=беск.;

7.2.f=18 кГц

К+=Uвых/Uвх=0,032 В/0,021 В=1,523;

К-= Uвых'/Uвх'=0,024 В/0,021 В=1,142;

Кср=1,332;

∆К=2*0,191=0,382;

Кд=1,332;

Ксф=0,382;

Косс=20*lg(1,332/0,382)= 20*lg (3,487)=20*0,54=10,8.