1. Короткі теоретичні відомості.

Обмежувачі амплітуди використовуються тоді, коли необхідно обмежити рівень вхідного сигналу. На практиці така потреба виникає при підсиленні слабких сигналів при дії інтенсивних імпульсних перешкод, які приводять до перевантаження підсилювача. Перевантаження підсилювача виражається в тому, що підсилювач насичується і не може виконувати свої функції на проміжку достатньо великого часу необхідного для переходу в лінійний режим

Рис.1

Обмежувачі амплітуди найчастіше будуються за схемою приведеною на малюнку 1, в якій в якості приклада використовується інвертуючий підсилювач, в коло зворотнього зв’язку якого включені стабілітрони.

Рис.2 Форма сигналу на вході (1) та на виході (2) обмежувача.

Напруга стабілізації стабілітронів, включених назустріч, визначає границю обмеження вихідної напруги. При від’ємній вхідній напрузі величина обмеження напруги визначається стабілітроном VD1та падінням напруги на VD2, який зміщений в прямому напрямку, а при додатній – навпаки.

При наявності двох стабілітронів схема називається двостороннім обмежувачем, а при одному – одностороннім.

Односторонні обмежувачі використовуються також при узгодженні аналогових схем з цифровими. Тоді напруга стабілізації стабілітрона вибирається рівною напрузі логічної одиниці.

В схемі лабораторної роботи (мал. 1) використовується генератор, з якого сигнал подається на прилад. Форма і величина вихідного сигнала контролюється за допомогою осцилографа і мультиметра.

Для наглядності в схемі використано ідеалізований операційний підсилювач і стабілітрони.

2. Порядок виконання роботи.

1. Запустити програму Electronics Workbench.

2. Відкрити файл amplogr.ewb.

3. Форма сигналу задаючого генератора повинна бути синусоїдальною.

4. Задати амплітуду коливань при якій сигнал на виході починає обмежуватись. Осцилограму замалювати.

5. Записати напругу при якій вихідний сигнал починає обмежуватись.

3. Зміст звіту.

1. Назва та мета роботи.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Зняті осцилограми.

4. Висновки.

4. Контрольні питання.

1. З якою метою використовуються амплітудні обмежувачі?

2. Чи можливе включення ланцюга стабілітронів на вході підсилювача?

Лабораторна робота №4

Тема: “ВИВЧЕННЯ АНАЛОГОВИХ КОМПАРАТОРІВ”

Мета роботи: ознайомитись з основними принципами роботи та побудови компараторів на операційних підсилювачах.

1. Короткі теоретичні відомості.

Аналогові компаратори напруги призначені для визначення моменту рівності двох напруг і виробленню цифрових вихідних сигналів 0 чи 1 у залежності від знака різниці порівнюваних сигналів. Типовий компаратор має два входи для аналогових сигналів і вихід логічного сигналу.

У такий спосіб компаратори, як і граничні пристрої, можна розглядати як лінійні дискретні схеми.

Компаратори напруги характеризуються рядом параметрів, найважливішими з який є чутливість, швидкодія і навантажувальна здатність. Чутливість – це мінімальна різниця аналогових сигналів, яку можна знайти компаратором і зафіксувати на виході як цифровий сигнал, що відповідає переходу з одного логічного стану в інше. Швидкодія компаратора визначається таким параметром, як час переключення, що оцінюється при подачі на обидва входи компаратора стрибками напруги 100 мілівольт, тобто перевищенням вхідного сигналу над граничною напругою. Навантажувальна здатність визначається кількістю цифрових схем, який можна одночасно підключити до виходу компаратора.

Функціональне призначення компаратора полягає в зміні стану виходу при переході вхідною напругою деякого порогового значення.

В якості компаратора може використовуватися операційний підсилювач. При цьому операційний підсилювач працює переважно в області позитивного або негативного обмеження вихідної напруги, проходячи область підсилюючого режиму тільки поблизу порогу. Схема компаратора, побудована на базі операційного підсилювача приведена на рис. 1, на рис. 2 наведений вигляд характеристики детекторів нульового рівня, що має близьке до нуля порогове значення.

Р ис.1

Р ис. 2 А-вхідна напруга, В-вихідна.

Рис.3.

Схеми відрізняються способом подачі вхідного сигналу на вхід операційного підсилювача. Використання різних входів ОП для подачі вхідного сигналу дозволяє реалізувати фіксацію рівня вхідної напруги позитивним або негативним перепадом напруги на виході компаратора. Компаратор, зображений на рис. 3, дозволяє фіксувати наявність вхідної напруги в визначеному діапазоні значень. Якщо вхідна напруга змінюється в межах порогових значень, що встановлюються зовнішніми елементами, то вихідна напруга має низький рівень. При виході за встановлені межі порогових значень вихідна напруга змінюється на високий рівень. При роботі з компаратором можуть виникнути неприємності, які виявляються в тому, що замість однократної зміни рівня вихідної напруги при досягненні вхідною напругою порогового значення, можуть мати місце швидкі коливання між рівнями вихідної напруги, особливо в тому випадку, коли у вхідному сигналі присутній значний шум. При такому явищі можу порушитися нормальне функціонування деяких типів схем. Запобігти цього можна, якщо характеристика компаратора має гестерезис. Для ідеального оперативного підсилювача, що має однакові напруги обмеження, позитивне значення вхідного порогової напруги може бути обчислено за формулою: 

Негативне значення вхідної порогової напруги визначається виразом:

  де Е – напруга обмеження операційного підсилювача. Для розглянутих схем аналіз їх роботи можна здійснити по двом характеристикам. Перша з них представляє собою характеристику вхід-вихід і встановлює співвідношення між вхідною і вихідною напругою схеми в статичному режимі. Для спостереження такої характеристики на екрані осцилографа необхідно сигнал з каналу, підключеного до виходу схеми, відкладати по вертикальній осі, а сигнал з каналу, підключеного до входу схеми, - по горизонтальній осі, на вхід схеми подається синусоїдальна напруга. Динаміку переключення вихідної напруги схеми можна прослідкувати по осцилограмам вхідної і вихідної напруги. При знятті цієї характеристики на вхід схеми подається синусоїдальна напруга і двохпроменевим осцилографом фіксується вхідна і вихідна напруга.