Задание 2.
Каскад на операционном усилителе с полосовым RC-фильтром в
цепи обратной связи.
Ответ:
На рис.4 изображена схема операционного усилителя, охваченного обратной связью.
Рис.4. Схема формирования отрицательной обратной связи
Обратная связь образуется цепью ZOC , которая обеспечивает возврат части энергии сигнала с выхода ОУ на его инвертирующий вход. Поэтому ОС является отрицательной. Так как входным сигналом цепи ОС является обратной связью по напряжению. В связи с этим, выходное сопротивление образованного усилителя будет значительно меньше, чем выходное сопротивление использованного операционного усилителя:
Z вых ООС = Z выхОУ / (1 + g K ), (1)
где g – коэффициент передачи цепи ОС ;
К – коэффициент усиления ОП .
Таким образом, сравнительно малое значение выходного сопротивления ОУ еще больше уменьшается.
Относительно сигнала (U вх1 ), подаваемого на инвертирующий вход, выход цепи ООС оказывается подключенным параллельно, а относительно сигнала (U вх2 ), подаваемого на неинвертирующий вход, – последовательно.
Задание 3.
RC-автогенератор с мостом Вина на операционном усилителе.
Ответ:
Структурная схема генератора приведена на рис.5.
Рис.5. Структурная схема генератора.
Усилитель напряжения УН имеет равномерную частотную характеристику в рабочей полосе частот. Усилитель мощности УМ обеспечивает необходимую мощность выходного сигнала генератора. К нему могут быть подключены согласующие трансформаторы выходного устройства ВУ для работы с различными сопротивлениями нагрузки. В состав ВУ обычно входит и аттенюатор, обеспечивающий необходимое ослабление выходного сигнала.
Перестройка частоты генератора осуществляется измерением параметров задающего генератора ЗГ.
Задающие генераторы с LC контуром применяются редко, т.к. на низких частотах (порядка 20Гц) требуется весьма большие индуктивности. Кроме этого, катушки индуктивности нетехнологичны с точки зрения современных методов производства РЭА. Поэтому в качестве 3Г чаще используются RC-генераторы, представляющие собой дифференциальный усилитель, охваченный положительной частотно-зависимой обратной связью (ПОС). Для стабилизации уровня генерируемого сигнала применяется нелинейная частотно-независимая ООС.
RC-генераторы основаны на использовании частотно-избирательных RC-цепей. Обычно в RС-генераторах включают мост Вина (рис. 6, а), который осуществляет сдвиг фазы сигнала обратной связи на 180°.
Рис. 6. Схемы RС-генераторов с мостом Вина: а — обычная; б— кварц включен в мост Вина в качестве сопротивления.
Схема генератора строится на основе усилителя, у которого в широком диапазоне частот коэффициент передачи — вещественная величина, а фазовый сдвиг φ=2π обеспечивается за счет моста Вина и инверсии сигнала в каскадах усиления.
Частота гармонических колебаний в RС-генераторе с мостом Вина:
На рис. 6, б изображена упрощенная схема RС-генератора с мостом Вина, в котором вместо одного из резисторов включен кварцевый резонатор, работающий в режиме резонанса напряжений.