Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
SbornikLR_TETs_1-6.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.11 Mб
Скачать

8. Вопросы самопроверки для защиты лабораторной работы:

8.1. Какое сопротивление в 4-хполюснике является входным и какое выходным?

8.2. Что называется коэффициентом передачи 4-хполюсника по напряжению?

8.3 Что понимается под режимом электрической цепи?

8.4 Какие бывают режимы работы электрической цепи?

8.5. Какой режим работы называется согласованным? Его основные характеристики, где он применяется?

8.6. Как получить режим работы электрической цепи с высоким КПД. Его основные характеристики, где он применяется?

9 Содержание отчета:

9.1.Наименование работы.

9.2.Цель работы.

9.3. Задание.

9.4.Электрические схемы.

9.5.Графики зависимостей.

9.6.Ответы на контрольные вопросы.

  1. Лабораторная работа №4 «Исследование активных цепей»

1 Цель работы: : Изучить входные и передаточные свойства активных резистивных цепей, содержащих операционный усилитель

2 Литература: Добротворский И.Н. Теория электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1989.-е. 109-118.

3 Задание:

3.1 Наблюдать, объяснить, зарисовать форму кривых выходного напряжения при различных режимах.

3.2 Рассчитать сопротивление R2.

3.3 Рассчитать коэффициент передачи активного 4-хполюсника с ОС при различных значениях Rm

4 Краткие пояснения:

4.1 Операционный усилитель

Цепи, содержащие элементы, с помощью которых можно усиливать мощность, называются активными. В качестве активного элемента широко используют операционные усилители (сокращенно ОУ), т.е. элементы, выполненные в микроэлектронном виде и обладающие большим коэффициентом усиления - порядка десятков тысяч раз.

Идеальный операционный усилитель ОУ - это некоторый функциональный блок, выполненный в едином технологическом цикле.

Идеальный ОУ является идеальным преобразователем мощности (управляемым источником) типа ИНУН с µ=µ0→ ∞.

Реальный ОУ представляет собой многокаскадный транзисторный усилитель, выполненный в виде интегрального блока, у которого коэффициент усиления имеет значение порядка µ0=105 и практически выполняются требования, предъявляемые к выходному и входному сопротивлениям ИНУН.

Количество транзисторов в ОУ от 19 до 25. Точно коэффициент усиления ОУ никогда неизвестен, но знать его нет никакой необходимости, что будет видно из последующего материала.

ОУ условно показывается (рис. 4.1):

Рисунок 4.1 – Условное обозначение операционного усилителя

ОУ имеет два входа: прямой (положительный (+)) и инверсный (отрицательный (-)) выходной режим.

Пунктиром показаны цепи питания. Самые распространенные питания ±15 В. В общем случае при подведении входных напряжений к обоим входам ОУ выходное напряжение будет определяться (4.1):

(4.1)

Имеются конструкции ОУ с несколькими входами. Для них в выражение (4.1) надо подставить сумму всех входных напряжений, т.е. они могут быть сумматорами напряжений.

Эквивалентная схема ОУ для прямого входа будет иметь вид (см. рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Эквивалентная схема ОУ для прямого входа.

Она соответствует определению ОУ как ИНУН с μ0=μ→∞. В этой схеме входные и выходные напряжения совпадают по фазе.

Для инверсного входа в эквивалентной схеме меняются либо направление ЭДС, либо знак μ0. Это обеспечивает инверсию выходного напряжения, т.е. изменение его на угол π.

Так как работа ОУ сводится к тому, что питающее напряжение изменяется по закону входного напряжения, следовательно нельзя на выходе ОУ получить напряжение, превышающее напряжение источника питания.

U2= μU1 (4.2)

откуда

Важнейшим обстоятельством является то, что вследствие весьма большого коэффициента усиления μ и напряжение на выходе, достигает своего максимального значения (10 - 20 В), при весьма малых напряжениях на входе. Действительно, если , то получаются единицы милливольт, поэтому во всех эквивалентных схемах напряжение U1 полагают равным нулю.

Во всех теоретических расчетах коэффициент усиления μ. принимают за ∞, а напряжение и ток на входе за близкие к нулевому.

μ ≈ ∞; U1≈0

Померить входное напряжение U1 ОУ практически ничем нельзя. Все соотношения, которые будут выводиться для ОУ справедливы до тех пор и в таких пределах, при которых выходное напряжение U2 меньше или равняется Uпит.

μU1≤Uпит

Если величина μU1становится больше Uпит, то появляются искажения, что является признаком того, что входное напряжение и входной ток перестают быть величинами близкими к нулю, и ОУ перестает подчиняться теории для него справедливой.

Рисунок 4.3 – Графики напряжения на выходе ОУ.

4.2 Граничная частота ОУ.

Каждый ОУ, как любая пассивная и активная цепь имеет граничную частоту fгр.

Под граничной частотой понимается частота, на которой коэффициент передачи по напряжению составляет 0,707 от максимального коэффициента передачи.

У ОУ 140 УД 8 fгр=1 МГц

более современными аналогами являются

544 УД 1 fгр=1 МГц

На практике их можно использовать на частотах в два раза меньше граничной:

544 УД 2 fгр=15 МГц

574 УД 1 fгр=15 МГц

4.3 Цепи обратной связи.

Большинство электронных схем, используемых в связи, охватываются так называемой обратной связью (ОС).

Обратной связью называют подачу на вход усилителя некоторой части сигнала с его выхода.

Рисунок 4.4 - Структурная схема ОУ с цепью ООС

Обычно для этого используются специальные цепи - цепи ОС.

Способ соединения основной цепи и цепи с ОС может быть различен.

Введением ОС можно в широких пределах изменять коэффициент усиления, выходные функции цепи (передаточную характеристику), входные характеристики (сопротивление) и ряд других качественных характеристик.

Различают два вида ОC: отрицательную и положительную.

ОС называется отрицательной (ООС), если напряжение Uoc оказывается противофазным напряжению U1, т.е напряжение U1ос уменьшается. ООС уменьшает коэффициент усиления, но повышает устойчивость и уменьшает шумы, повышает стабильность.

Если цепь ОС построена таким образом, что напряжение U1ос совпадает по фазе с напряжением U1, что вызывает увеличение напряжения U1ос, то ОС называется положительной (ПОС).

Выход ОУ соединен с отрицательным входом, сопротивлением R2, такая связь называется ООС.

Рисунок 4.5 - Электрическая принципиальная схема с ООС

4.4 Методика расчета цепей с ОУ

Чтобы рассчитать цепь с ОУ необходимо:

l Ha исходной схеме (рисунок 4.5) в местах соединений элементов поставить буквы.

2 Перерисовать без всяких изменений все элементы не входящие в ОУ.

3 Вместо ОУ нарисовать две точки, либо разомкнутые, но с напряжением равный нулю между ними, либо короткозамкнутые, но с током близким к нулю.

Рисунок 4.6 а

Рисунок 4.6 б - Эквивалентная схема цепи с ООС

4.5 Коэффициент передачи и входное сопротивление цепи с активным элементом.

Определим коэффициент передачи в получившихся эквивалентных цепях (определим для рисунка 4.6 б).

Как видно из схемы рисунка 4.6б:

(4.4)

Аналогично определим I2:

(4.5)

Так как ток в перемычке равен нулю, то I1=I2

откуда

где - коэффициент передачи, значит .

Если, например, выбрать R2=R1, то коэффициент передачи равен единице.

К=1

Как видно из эквивалентной схемы

Rвх=R1.

Таким образом, в данной схеме (рисунка 4.6 б) коэффициент передачи К равен отношению сопротивления обратной связи R2 к входному сопротивлению R1 и совершенно не зависит от параметров ОУ.

Если входное напряжение U1 подано на отрицательный вход, то напряжение на выходе будет повернуто по фазе на угол π.

Знак «-» впереди получается за счет подключения входного сигнала к инверсному входу и не влияет на модуль коэффициента передачи.

(4.6)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]