Интегратор
Рис.2.4.
Работу интегратора, показанного на рис 2.4, можно проанализировать следующим образом. Неинвертирующий вход ОУ заземлен а напряжение между входами практически равно нулю. Поэтому потенциал точки А также равен потенциалу земли. В этом случае ток, протекающий через резистор R,
.
(1)
Так как входное сопротивление ОУ велико, то весь этот ток будет проходить через конденсатор С. Известно, что ток заряда конденсатора и напряжение на нем связаны выражением
или
.
Потенциал точки А равен нулю, поэтому Uвых = UC .
Тогда.
.
С учетом выражения (1)
.
Оу в режиме дифференциатора
Рис.2.5.
Типичная схема дифференциатора показана на рис 2.5. Правый по схеме вывод входного конденсатора С потенциально заземлен и поэтому напряжение на нем равно входному напряжению Uвх. Ток I, заряжающий и разряжающий конденсатор С, протекает только при изменении входного напряжения, т. е.
.
Входное сопротивление ОУ велико и левый по схеме вывод резистора Ro.c потенциально заземлен, поэтому падение напряжения на нем равно выходному напряжению:
.
Подставив в последнее выражение значение тока, получим
,
или
.
Приведенная на рис. 2.5 схема имеет ряд недостатков практического характера. Так как реактивное сопротивление входного конденсатора с увеличением частоты уменьшается, коэффициент усиления схемы растет. Поэтому наряду с полезным сигналом начинают усиливаться шумы высокой частоты. На высоких частотах усиленные шумы могут полностью перекрыть дифференцированный сигнал. Кроме того, для данной схемы характерны проблемы, связанные с потерей устойчивости.
Для обеспечения устойчивой работы дифференциатора последовательно с входным конденсатором С подключают резистор Rо.с, а параллельно ему подключают конденсатор Со.с. Указанные элементы обеспечивают требуемый характер АЧХ схемы в диапазоне дифференцируемых частот.
2. Порядок выполнения работы
1. Получить задание от преподавателя, содержащее параметры исследуемых схем.
2. Рассчитать схему сумматора.
3. Собрать схему сумматора.
4. Подать на входы сумматора входные напряжения с выходов блок питания стенда СПЭ. (Амплитуда и полярность входных напряжений задается преподавателем.)
5. Подать питание на исследуемую схему.
6. Сравнить полученные результаты с расчетными данными.
7. В соответствии с пп. 2...6 исследовать схему вычитающего устройства.
8. Собрать схему интегратора.
9. По заданным преподавателем параметрам входного сигнала аналитически определить форму и параметры выходного сигнала интегратора.
10. Снять осциллограмму выходного напряжения интегратора.
11. Сравнить расчетные и экспериментальные данные.
12. В соответствии с пп. 8...11 исследовать схему дифференциатора.
3. Составление отчета
Отчет должен содержать:
а) принципиальные схемы исследуемых устройств;
б) результаты расчетов;
в) экспериментальные данные;
г) выводы по работе.
4. Контрольные вопросы и задания
Определите амплитуду и полярность выходного напряжения в схеме, изображенной на рис 2.6
рис. 2.6
при Uвх1 = – 0,35В; Uвх2 = – 0,15B; Uвх3 = +0,2В; R1 = = R2 = R3 = 10 кОм; R4 = 30 кОм; R5 = 3,0 кОм.
2. Определите амплитуду и полярность выходного напряжения в схеме, показанной на рис 2.7 при R1 = R2 = R3 = R4 = 1,0 кОм; Uвхl = – 4B; Uвх2 = +6B; Uвх3 = +5В; Uвх4 = – 1.
рис. 2.7
3. Если в схеме, приведенной (рис 2.4) R = 100 кОм, С = 100 мкФ, а приложенное к входу напряжение имеет форму, показанную на рис 2.8,
рис. 2.8
то чему равно выходное напряжение при t = 1,1 с; при t = 5,1 с? Предполагается, что при t = 0 напряжение на выходе схемы Uвых = 0. Сколько времени потребуется интегратору, чтобы войти в состояние насыщения, если напряжение насыщения ОУ равно 16В?
5.
рис. 2.9
рис. 2.10
На рис. 2.9 и 2.10 приведены формы сигналов действующих на входе дифференциатора. Приведите форму Uвых, получаемую в результате дифференцирования входных сигналов.