Суммирование импульсных напряжений

2.                Суммирование импульсных напряжений.

Снять осциллограммы входных и выходных напряжений при разном времени задержки двух импульсов. Амплитуды импульсных напряжений установить согласно таблице вариантов, а время задержки импульсов – опытным путем.

3.                Измерение переходных искажений.

При работе усилителя с периодическим импульсным сигналом переходные искажения проявляются в изменении времени фронта и среза импульса, а также вершины импульса.

3.1.   
Вначале установить U_вх2=0 и работать от одного импульса.

t_ф – время фронта; t_с – время среза

3.2.    Изменением амплитуды входного сигнала u_вх1 при u_вх2=0 добиться искажения вершины импульса. Зарисовать осциллограммы u_вх1(t) и u_вых(t).

3.3.    Установить u_вх1≠0 и u_вх2≠0 и зарисовать осциллограммы u_вх1(t) и u_вх2(t) и u_вых(t).

4.     Оформление отчета.

По результатам опыта построить амплитудные характеристики и обработать осциллограммы.

Контрольные вопросы

1.                Почему операционный усилитель является идеальным усилителем напряжения?

2.                Что такое «виртуальный ноль» операционного усилителя?

3.                Раскрыть назначение масштабных коэффициентов.

4.                Как определить вид обратной связи в схеме суммирующего усилителя?

5.                Чем ограничена величина суммирующих напряжений?

6.                Какое влияние на работу усилителя оказывает резистор R₅?

7.                Нужна ли балансировка суммирующего усилителя?

8.                Что называется переходными искажениями?

9.                Как определяются времена фронта и среза импульса?

10.           Что такое переходные искажения в области малых времен и в области больших времен?

Таблица вариантов

Примечание: студенты, получившие подвариант А – строят амплитудную характеристику U_вых = F (U_вх2) для U_вх1 = const, U_вх2 = var; подвариант Б – строят амплитудную характеристику U_вых = F (U_вх1) для U_вх1 = var, U_вх2 = const; подвариант В – временные диаграммы u_вх1(t), u_вх2(t), u_вых(t). Напряжение насыщения усилителя U_н^± = 7 В.

Работа №7

Исследование усилителей на основе операционного усилителя

Цель работы

Изучение схем инвертирующего и неинвертирующего включения операционного усилителя.

Теоретическая часть

Схема инвертирующего усилителя приведена на рис.1. В цепи обратной связи усилителя включен резистор R₃, который создает параллельную отрицательную обратную связь по напряжению. Отрицательная обратная связь стабилизирует работу усилителя, то есть уменьшает дрейф нуля.

Рис.1. Схема инвертирующего усилителя

Пусть операционный усилитель является идеальным усилителем напряжения, тогда ток инвертирующего входа отсутствует, то есть I_вхи = 0. В этом случае точка 2 является виртуальным нулем, поэтому I = I_ос (1). Значение токов определяются из соотношений:

, . (2)

Знак минус в значении тока I_ос говорит о повороте фазы сигнала на выходе. На основании условия (1) получается выражение:  (3), откуда определяется коэффициент усиления по напряжению усилителя с обратной связью:  (4).

Коэффициент усиления по напряжению к_ос не зависит от коэффициента усиления операционного усилителя к_оу, так как петлевое усиление β*к_оу подчиняется соотношению β*к_оу >>1, где β – коэффициент передачи цепи обратной связи по напряжению. Амплитудная характеристика усилителя приведена на рис.2. Выходное напряжение изменяется до значения насыщения U_н^±. Линейный участок амплитудной характеристики лежит в пределах изменения входного напряжения ΔU_лин. По амплитудной характеристике определяется коэффициент усиления по напряжению:

 (5).

Амплитудно-частотная характеристика усилителя представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения от частоты при постоянной амплитуде входного напряжения: U_выхm = F(f) при U_вхm = const. Амплитуда входного сигнала выбирается на линейном участке амплитудной характеристики. Из-за неизменной амплитуды U_вхm коэффициент усиления по напряжению К_ос будет изменяться так же, как и амплитуда выходного напряжения, то есть амплитудно-частотная характеристика усилителя определяется не только как U_выхm, но и как К_ос = F(f). Амплитудно-частотная характеристика приведена на рис.3.

Рис.3. Амплитудно-частотная характеристика

В усилителе отсутствует разделительный конденсатор и трансформаторы, поэтому он пропускает и усиливает постоянный ток и низкочастотные составляющие сигнала. Уменьшение выходного напряжения происходит в области высоких частот за счет паразитных емкостей, действующих параллельно входу и выходу усилителя.

Пусть усиление на низкой частоте происходит с коэффициентом К₀. При уменьшении коэффициента в  раз или на 3 дб определяется полоса пропускания усилителя. Коэффициент частотных искажений на верхних частотах определяется из выражения .

Схема неинвертирующего усилителя приведена на рис.4.

Рис.4. Схема неинвертирующего усилителя

В схеме усилителя введена последовательная отрицательная обратная связь по напряжению. Из условия идеальности операционного усилителя получается равенство потенциалов на инвертирующем и неинвертирующем входах:

U₂ = U₃. (1)

Значение потенциалов в точках 2 и 3 определяется из соотношения

, (2)

U₃ = e_г. (3)

На основании выражений (1) – (3) определяется коэффициент усиления по напряжению с обратной связью:

. (4)

Если отношение <1, то получается , а схема работает как неинвертирующий повторитель. Если отношение >1, то получается неинвертирующий усилитель. Амплитудная характеристика неинвертирующего усилителя приведена на рис.5.

При изменении параметров резисторов R₃ и R₄ изменяется наклон линейного участка характеристики. Амплитудно-частотная характеристика выглядит так же, как и инвертирующего усилителя.

Экспериментальная часть

1. Балансировка усилителя.

Собрать схему согласно рис.1. Сбалансировать усилитель. Для этого использовать потенциометр R₆, расположенный на плате операционного усилителя.Изменяя плечи потенциометра, добиться того, чтобы напряжение на выходе упало до нуля при заземлении точки 13 схемы. Выходное напряжение контролировать при помощи осциллографа.

Похожие работы

Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

Скачать

153271

6

6

... от структуры силикатных стёкол, и способно выдерживать умеренные концентрации катионов (например, натрий до 0,1%), не увеличивая электропроводимость. Боратное стекло отвечает требованиям герметизации полупроводниковых приборов: свободно от щелочных металлов, уплотняется (спаивается) при температуре до 800С, относительно инертно и водонепроницаемо, имеет регулируемые коэффициенты температурного ...

Применение полупроводниковых приборов

Скачать

21910

0

1

... интегральным микросхемам. Они позволяют выполнять логическую обработку большого числа сигналов, воспроизводить сложные функции усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Тиристор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор, содержащий три или более р-п-перехода. По числу внешних электродов тиристоры делятся на: двухэлектродные – динисторы и трехэлектродные – тринисторы. ...

Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника

Скачать

50268

3

3

... ). Перспективы развития микроэлектроники Функциональная микроэлектроника. Оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнетоэлектроника, биоэлектроника и др. Содержание лекций 1 Цели и задачи курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”. Физика полупроводников. p-n- переходы. Полупроводниковые диоды. Разновидности и характеристики. 2 Транзисторы. Принцип действия, разновидности и ...

Расчет и проектирование диода на основе кремния

Скачать

43308

1

12

... измениться в е раз из-за рекомбинации. Для диода с тонкой базой при низкой частоте постоянная времени равна (1.6) 2. РАСЧЕТ и исследование мощных низкочастотных диодов на основе кремния   2.1 Расчет параметров диода Проведем расчет и исследования статических и динамических характеристик 4H-SiC p+-п0-n+ диодов, рассчитанных на обратное напряжение 6, 10 и 20 кВ и ...