Лабораторно-практическая работа №21 Умножитель напряжений

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучить особенности работы умножителя напряжений и возможности его применения.

2. Исследовать схему электронного ваттметра на основе умножителя напряжений.

3. Сделать выводы о применимости схемы умножителя напряжений.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Принцип умножения напряжений заключается в том, чтобы реализовать усилительную схему, в которой коэффициент усиления зависел от величины некоторого внешнего сигнала, то есть, был бы некоторой функцией от времени. Так, например, при синусоидальной форме сигнала K(t) = U_m1sin(ω₁t), выходное напряжение будет иметь вид:

Здесь u_ВХ(t) = U_m2sin(ω₂t) и, для определенности, ω₂ > ω₁.

Таким образом, выходное напряжение будет являться произведением двух синусоидальных напряжений u₁ и u₂.

В курсе радиотехники доказывается, что напряжение такого вида содержит спектральные составляющие на частотах, равные ω₂ – ω₁ и ω₂ + ω₁. Это свойство унапряжения на выходе умножителя позволяет конструировать на его основе различного рода электронные устройства, такие как электронный ваттметр или преобразователь спектра.

В электронном ваттметре для частот выполняется условие ω₂ = ω₁, но при этом следует учитывать разность фаз между двумя входными сигналами. В этом случае выражение (20.1) будет записано так:

Применив известную формулу из тригонометрии, получим:

Если в этом сигнале подавить частоту 2ω, то оставшаяся постоянная составляющая будет содержать информацию о сдвиге фаз, необходимую для расчета активной мощности в цепи переменного тока:

Зная амплитуды обоих сигналов можно определить искомую величину сдвига фаз Δφ.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему измерителя сдвига фаз (рис. 21.1) и построить для нее передаточную характеристику U₀ = F(Δφ); результаты измерений занести в табл. 21.1.

2. Сделать выводы по работе.

Рис. 21.1 Схема для исследования измерителя сдвига фаз

Табл. 21.1 Данные для построения передаточной характеристики измерителя сдвига фаз U0 = F(Δφ)
Δφ	0	15	30	45	60	75	90
U0, B

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованная схема измерителя сдвига фаз.

2. Передаточная характеристика U₀ = F(Δφ).

3. Выводы по работе.

ВЫВОДЫ

1. Принцип действия исследованного умножителя напряжений основан на свойстве МОП-транзистора изменять свое сопротивление переменному току при воздействии на него управляющего напряжения.

2. Для выделения постоянной составляющей в исследованной схеме следует применить фильтр нижних частот, включив его на выходе умножителя.

Лабораторно-практическая работа №22 Специальные усилительные схемы

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Исследовать схему дифференциального усилителя (ДУ) на ОУ.

2. Исследовать схему аналогового сумматора на ОУ.

3. Определить возможности применения исследованных схем.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Дифференциальная схема на транзисторах уже была рассмотрена ранее; схема на ОУ (см. рис. 22.1) обладает теми же особенностями, позволяя при этом устанавливать величину коэффициента усиления равным определенной величине, задаваемой коэффициентом обратной связи β. При условии R₁ = R₃ = R_A; R₂ = R₄ = R_B, напряжение на выходе схемы определяется по формуле:

Практическое применение ДУ на ОУ весьма широко. Так, например, эта схема позволяет снять напряжение с датчика тока, представляющего собой сопротивление порядка единиц Ом, усилить его в заданное количество раз и отобразить выходной сигнал относительно потенциала «земли», что бывает особенно важно при снятии сигнала с датчиков тока.

Аналоговый сумматор является инвертирующей усилительной схемой с несколькими входами u₁, u₂,…u_N. Поэтому сигнал на ее выходе определеятся согласно формуле:

Практическое применение аналогового сумматора весьма разнообразно. Главным является возможность представлять выходное напряжение в виде линейной комбинации входных напряжений, что может быть использовано при решении СЛАУ или систем дифференциальных уравнений. Кроме того, данная схема может быть использована, например, для отыскания среднего значения напряжения.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Собрать схему преобразователя тока в напряжение (рис. 22.1) и проверить ее работу.

2. Собрать схему синтезатора периодического сигнала сложной формы (рис. 22.2) и проверить ее работу.

3. Объяснить работу исследованных схем.

Рис. 22.1 Схема преобразования тока в напряжения при помощи ДУ на ОУ

Работа этой схемы происходит так. Протекание тока нагрузки через сопротивление R_C создает на нем падение напряжения, пропорциональное этому току. Это падение напряжения равно разности потеницалов входных напряжений схему ДУ, поэтому, согласно формуле (22.1), оно усиливается в 10 раз. Таким образом показания вольтметра pV соответствуют величине тока нагрузке, увеличенного в 10 раз.

Рис. 22.2 Схема синтезатора периодического сигнала сложной формы на основе аналогового сумматора

Осциллограмма представляет собой периодический сигнал, поскольку он состоит из трех гармонических составляющих с кратными частотами, равными 50, 150 и 250 Гц. При этом амплитуды гармоник убывают, согласно теореме Фурье. Напряжение на выходе схемы представляет собой действующее значение периодического несинусоидального напряжения, определяемого по формуле: