LS-Sb88871

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ В СИСТЕМЕ NI ELVIS

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Схемотехника»

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2012

УДК 621.38

Экспериментальное исследование устойчивости электронных устройств в системе NI ELVIS: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Схемотехника» / Сост.: И. В. Герасимов, К. Г. Жуков, А. И. Ларистов,

В. А. Михалков, Ю. М. Соколов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. 28 с.

Содержат описания лабораторных работ по устойчивости и генерации электронных устройств с использованием учебной лабораторной станции виртуальных приборов NI ELVIS.

Предназначены для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная техника», обучающихся по дисциплине «Схемотехника».

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012

2

i

0

f, Гц

2

–90

1

–180

3

–270

б

Рис. 1.1

4

альный частотный диапазон этого прибора составляет 5…35 000 Гц, а про-

блемы высокочастотной неустойчивости усилителей, как правило, возникают на частотах 0,1…100 МГц. Что делать? Выход состоит в том, чтобы в лабора-

торной работе изложить способы обеспечения устойчивости усилителей инвариантно к частотному диапазону, а схемотехнические примеры, их иллю-

стрирующие, перевести с использованием RC-цепей и интегральных операционных усилителей в частотный диапазон анализатора Боде (физическое моделирование).

На рис. 1.1, а приведена функциональная схема исследуемого усилителя,

состоящего из двух усилительных подсхем DА1 и DА2. Усилитель устойчив в разомкнутом состоянии, и задачу обеспечения устойчивости целесообразно решать только при его работе с цепью глубокой ООС. Для анализа устойчивости усилителя необходимо располагать информацией о ЛАЧХ подсхем

DА1 и DА2. Они построены таким образом, что коэффициент передачи по напряжению подсхемы DА1 соответствует апериодическому звену второго порядка, а коэффициент передачи подсхемы DА2 – апериодическому звену первого порядка:

KU2 s Uвых s U2 s KU2 1 τ3s .

При этом коэффициент передачи всего усилителя определяется соотношением:

подсхем DA1, DA2 и для всего нескорректированного усилителя (характери-

стики 1, 2 и 3 соответственно). Из рассмотрения характеристики 3 очевидно,

что в районе частоты среза fср наклон ЛАЧХ всего усилителя составляет

–60 дБ/дек. и абсолютное значение фазового сдвига превышает 180°. Следо-

вательно, если в данный усилитель ввести глубокую ООС, то он будет неустойчив. Далее рассматриваются различные способы обеспечения устойчиво-

сти усилителя (рис. 1.1, а) с цепью общей ООС

5

1.2. Уменьшение глубины обратной связи усилителя

На рис. 1.2, а приведена схема исследуемого усилителя с цепью общей отрицательной параллельно-параллельной обратной связи (R2, R3); на рис. 1.2, б представлены частотные характеристики этой схемы.

R2 R3

U1

DA1 DA2

A Вых

С1

Вх2

U2 Uвых

Uвх R1

Ground

а

LT , дБ 1

20lg T1

–20

20lg T2 1

–60

–60

б

Рис. 1.2

В этом случае петлевое усиление устройства определяется соотношением:

где KUпр s KU3 s – коэффициент прямой передачи устройства с входа на выход через усилитель; KUобр R2 R2 R3 – коэффициент передачи

6

устройства с выхода на вход через цепь обратной связи. На рис. 1.2, б при-

ведены ЛАЧХ петлевого усиления LT f 20lg T jf для двух случаев:

1) R2 R3, KUобр 0,5 – характеристика 1; 2) R2 R3, KUобр 1– характеристика 2. Из рассмотрения этих характеристик, очевидно, что усилитель с ЛАЧХ 1 неустойчив, поскольку ее наклон в районе частоты среза fср1 со-

ставляет –60 дБ/дек; усилитель с ЛАЧХ 2 устойчив, поскольку ее наклон на частоте среза fср2 не превышает –20 дБ/дек. Таким образом, при малой глу-

бине обратной связи в усилителе (KUобр 1) удается обеспечить его устой-

чивость без использования корректирующих цепей только за счет снижения

петлевого усиления устройства.

1.3. Введение в усилитель частотно-зависимого делителя

На рис. 2.3, а приведена схема исследуемого усилителя с глубокой ООС (KUобр 1,T s KU3 s ),в котором для обеспечения устойчивости исполь-

зуется корректирующая цепь C2, R4, представляющая собой пассивный ча- стотно-зависимый делитель. Для этого случая ЛАЧХ петлевого усиления усилителя LT (f ) приведена на рис. 1.3, б, где характеристика 1 – ЛАЧХ усилителя без цепи коррекции (эта характеристика идентична характеристике 3 на рис. 1.1, б – усилитель неустойчив). Идея коррекции состоит в том,

что на сравнительно низкой частоте

LT ( f ) с наклоном –20 дБ/дек. осуществляется за счет инерционности подсхемы DА1 ( 1).

Таким образом, введением пассивного частотно-зависимого делителя удается обеспечить устойчивость усилителя (см. рис. 1.3, а) при значительном

7