Задачи для самостоятельной работы

Задача 5

Задача 4

Задача 3

Задача 2

Задача 1

Примеры задач до темы лекции 10

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите основные достоинства дифференциальных каскадов.

2. Приведите схему дифференциального каскада и поясните
её работу.

3. Что называется коэффициентом подавления синфазного сигна­ла.

4. Нарисуйте схему дифференциального каскада с генератором стабильного
тока и поясните её работу.

5. Нарисуйте схему балансного усилителя постоянного тока и
поясните её работу.

6. Нарисуйте вольтамперную характеристику генератора стабильного тока
и поясните на ней как определяется сопротивления.

7. Перечислите недостатки несимметричного дифференциального
каскада.

8. Для чего применяются в дифференциальных каскадах стабили-­
заторы тока?

9. Перечислите основные характеристики идеального операционного усилителя.

10. Нарисуйте передаточную характеристику операционного усилителя.

11. Какая разница между инвертирующим и неинвертирующим усилителем?

12 Какую функцию выполняют транзисторы в дифференциальном каскаде

включенные по схеме «токового зеркала»?

13 Нарисуйте структурную схему операционного усилителя.

14 Напишите формулу определения коэффициента усиления в инвертирующем

усилителе.

Определить коэффициент усиления неинвертирующего усилителя на баз операционного усилителя (ОУ), если напряжение на входе усилителя U_вх = 100 мВ, а на выходе ОП— U_вых = 10,0 В.

Решение: Коэффициент усиления неінвертувального усилителя на базе ОП вычисляем за выражением

К_U = U_вых / U_вх,

К_U = 10 / 0.1 = 100

На вход інвертирующего усилителя на базе операционного усилителя (ОУ) подано входное напряжение U_вх = 100мВ. Вычислить сопротивление резистора в цепи обратной связи ОУ, если U_вых = -9,2 В,сопротивление резистора на інвертувальному входе ОУ R ₁= 15кОм.

Решение:

1 Коэффициент усиления інвертирующего усилителя на ОУ равняется

К_U = U_вых / U_вх,

К_U = -9,1/0,1 = -92.

2 Коэффициент усиления ОУ также можно определить по формуле

К_U = R₂ /R₁,

Откуда

R₂ = К_U· R₁,

R₂ = 92· 15 ·10³ = 1,38 ·10⁶ Ом

На вход неинвертирующего усилителя на базе ОУ подано входное напряжение U_вх = 120мВ. Вычислить напряжение на выходе усилителя, если резистор в цепи обратной связи ОУ R₂ = 1,0 Мом, а сопротивление резистора на инвертирующем входе ОУ R ₁ = 20 кОм.

Решение:

1 Коэффициент усиления неинвертирующего усилителя на ОУ равен

К_U = 1 + R₂ /R₁,

К_U = 1 + 1 ·10⁶ / 20 ·10³ = 51,

где R₁ — резистор на инвертирующем входе ОУ; R₂ — резистор в цепи обратной связи ОУ.

2 Напряжение на выходе ОП равна

U_вых =К_U · U_вх

U_вых = 51 · 0,12 = 6,12 В.

В дифференциальном каскаде (рисунок 1.61) использованы транзисторы с сопротивлением эмиттера r_э = 250 Ом и с емкостью С_КБ = 5 пФ. Резисторы

R₄=R₅ = R₄ = 75 кОм. Динамическое сопротивление нагрузки каскада за счет применения токового зеркала составляет

R_н = 500 кОм. Определить полосу пропускания каскада f_п.

Решение:

1 Коэффициент усиления дифференциального каскада равен

К_диф. ≈ R₄ / 2· r_э,

К_диф. ≈ 75 10³ /2· 250 ≈ 150

2 Постоянная времени дифференциального каскада равна

τ_ду = (1 + К_диф)· R_н ·С_КБ,

τ_ду = (1 + 150)· 500· 10^3· 5· 10^-12 =0,38 мс.

3 Полоса пропускания каскада равна

f_п = 1 / (1· π ·τ_ду),

f_п = 1 / (1· 3,14 ·0,38 ·10^-3) = 840 Гц.

т.е. довольна узкая.

Определить мощностную полосу и амплитуду неискаженной передачи сигнала для ОУ с параметрами: U_н = ±10 В, f_Т = 1 МГц - частота единичного усиления,

p= 1 В/мкс – крутизна ОУ, если частота входного сигнала f = 100 кГц.

Решение:

1 Максимальная амплитуда входного сигнала равна

U_м ≈ p / (2π · f),

U_м ≈ 1 / 2 3,14 100 10³ = 1.5 В

2 Мощностная полоса пропускания f_р операционного усилителя равна

f_р ≈ p / (2π · U_м),

f_р ≈ 1 / (2 ·3.14· 1.5) ≈16 кГц

таким образом, несмотря на то, что ОУ имеет диапазон сигнала по выходу ±10 В и полосу пропускания в 1 МГц, крутизна ограничивает амплитуду неискаженной передачи сигнала на частоте в 100 кГц на уровне 1,5 В, а мощностная полоса составляет всего 16 кГц.

1 В неинвертирующем усилителе на базе ОУ сопротивление в цепи обратной связи

820 кОм, а сопротивление резистора на входе ОУ 20 кОм. Определить его коэффициент усиления.

2 Напряжение на входе инвертирующего усилителя на базе ОУ U_вх =60 мВ, а на выходе ОП - U_вых = -9,0 В.Определите коэффициент усиления.

3 Вычислить сопротивление резистора в цепи обратной связи инвертирущего усилителя на базе ОУ, в котором сопротивление резистора в инвертирующем усилителе входе ОУ 18кОм. Входное напряжение усилителя U_вх = 50 мВ, а напряжение на выходе U_вых = -8,0 В.

4 Входное напряжение инвертирующего усилителя на базе ОУ U_вх=20мВ. Вычислить напряжение на выходе усилителя, если резистор в цепи обратной связи ОУ 910 кОм, а сопротивление резистора на инвертирующем входе ОУ 20 кОм.

5 Определить напряжение обратной связи U_зв.з усилителя на базе ОУ, если его исходное напряжение U_вых =8 В. Сопротивление резисторов на инвертирующем входе и в цепи обратной связи ОУ соответственно равняются R₁ = 30 кОм, R₂ = 1,2 Мом.

6 Определить максимальную амплитуду входного напряжения усилителя на базе ОУ 140УД10, которая будет вызывать изменение исходного напряжения, если коэффициент усиления К_U = 80.

7 В дифференциальном каскаде (рисунок 1.61) использованы транзисторы с сопротивлением эмиттера r_э = 350 Ом и с емкостью С_КБ = 10 пФ. Резисторы

R₄=R₅ = R₄ = 100 кОм. Динамическое сопротивление нагрузки каскада за счет применения токового зеркала составляет

R_н = 800 кОм. Определить полосу пропускания каскада f_п.

8 Определить мощностную полосу и амплитуду неискаженной передачи сигнала для ОУ с параметрами: U_н = ±12 В, f_Т = 2 МГц - частота единичного усиления,

p= 2 В/мкс – крутизна ОУ, если частота входного сигнала f = 200 кГц.