Елютин Експерименталная физика.Лабораторный практикум 2011

Введение обратной связи, кроме уменьшения времени переключения компаратора, создает в схеме два порога срабатывания – верхний и нижний (UB и UH ). Теперь для переключения, напряжение входного сигнала должно превысить верхний порог срабатывания UB (UB UОП ) или опуститься ниже значения нижнего порога срабатывания UH (UH UОП ), т.е. переключение компаратора при увеличении входного сигнала будет происходить при UB, а при уменьшении – при UH . Между переключениями состояние выхода компаратора будет неизменным (рис. 39.2,б).

Рис. 39.2

Схема включения компаратора с положительной обратной связью (регенеративного компаратора) приведена на рис. 39.3,а. Передаточная характеристика компаратора с ПОС показана на рис. 39.3,б. и имеет вид петли гистерезиса.

Рис. 39.3

81

Устройство индикации (УИ), отображающее состояние выхода компаратора, собрано на светодиоде VD1 ЗЛ102, транзисторе VT1 КТ315Б и резисторе R8. Светящийся диод соответствует высокому уровню напряжения на выходе.

Назначение гнезд: Г1 – подключение источника входного сигнала; Г2 – измерение UВХ; ГЗ – измерение UВЫХ; Г4 – измерение

UИП; Г5 – подключение источника питания, но в работе оно не ис-

пользуется, т.к. питание на макет уже подано UИП 9 В, и оно не регулируется; Г6 – общий провод.

Для данного макета можно рассчитать все параметры переходной характеристики, определяемые делителем на резисторах R3, R4 и R5. Если переключатель В1 находится в положении

«1», то

Сопротивления резисторов регулирующих величину гистерезиса и напряжения порогов срабатывания для положения «1»

Величины сопротивлений резисторов, используемых в данной работе, приведены на рис. 39.4.

83

Задание 2.

Метод осциллографа

1.Соберите схему по рис. 39.5,б.

2.Получите на экране осциллографа график зависимости вы-

ходного напряжения UВЫХ от входного напряжения UВХ. В качестве источника входного напряжения используется низкочастотный генератор сигналов.

3.Экспериментально подберите амплитуду и частоту входного сигнала, при котором получается устойчивая картина гистерезиса на экране осциллографа.

4.Зарисуйте осциллограммы для двух положений переключателя В1 и запишите характеристики входного сигнала (амплитуду, частоту).

5.Плавно увеличивая частоту генератора, найдите частоту FГР

при которой на осциллограмме гистерезиса возникают нелинейные искажения (для двух положений переключателя В1).

Контрольные вопросы

1.Как можно использовать интегральные компараторы напряжения?

2.Для чего в схемах с компараторами используется положительная обратная связь?

3.Какой максимальный сигнал помехи может присутствовать во входном сигнале, чтобы компаратор не переключился?

4.Как влияет положение переключателя В1 на пороги срабаты-

вания UH и UB ?

Литература

1.Хоровиц П. Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1. М.: Мир. 1993. С. 245-248.

2.В помощь радиолюбителю. Вып. 97. Успенский Б. Интегральные компараторы напряжения. М.: ДОСААФ. 1987. С. 49-68.

3.Фролкин В.Т. Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства. М.: Радио и связь. 1992. С. 171-173.

86

РАБОТА 40

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Цель – ознакомление с методом спектрального анализа на основе разложения в ряд Фурье, получение спектров периодических сигналов различной формы с помощью аналогового и цифрового компьютера.

Введение

При теоретическом рассмотрении колебаний наибольшее внимание уделяется гармоническим колебаниям. Однако ни один реальный физический процесс не происходит в точности по гармоническому закону. Реальные колебательные процессы имеют начало и конец во времени, поэтому не являются гармоническими.

Встречающиеся в природе колебательные процессы – это процессы, протекающие длительное время. Примером колебаний такого рода могут служить периодические изменения напряжения между различными участками человеческого тела, возникающие в результате работы сердца. График зависимости от времени напряжения, «вырабатываемого» сердечной мышцей, очень мало похож на синусоиду, т.е. колебания биотоков являются негармоническими (рис. 40.1,а). Другой пример негармонических колебаний, происходящих в природе – колебания уровня воды в открытых морях и океанах. Изменения уровня воды во многих морских портах настолько значительны, что точное предсказание отливов и приливов оказывается важной практической задачей: глубина осадки современных морских судов велика и многие порты могут принять их лишь в часы прилива. Зависимость высоты прилива от времени оказывается сложной (рис. 40.1,б), так что выразить ее одной формулой довольно трудно.

Близкими к гармоническим, но не строго гармоническими, являются автоколебания: колебания маятника часов, колебания силы тока в релаксационном генераторе на интегральных микросхемах (см., например, описание к работе 38).

87

дельно силу тока от каждой гармоники напряжения, а затем суммируют рассчитанные гармоники силы тока.

Первое слагаемое ряда Фурье (40.1) a0 – постоянная составляю-

Из свойств четности косинуса и синуса видно, что при разложении

и, наоборот, при разложении нечетных функций f (t) все an ,

включая a0 , равны нулю, а разложение по синусам содержит коэффициенты

89

Диаграмма, характеризующая функцию f (t) и изображающая

амплитуды гармоник an , bn в зависимости от их частот n называется спектром.

В качестве примера рассмотрим функцию f (t), представлен-

ную в виде суммы гармоник с частотами n 0,1, 2, 3 рад/с: f (t) 1 3 cos(2 t) 2 cos(4 t) 1 cos(6 t).

График этой функции представлен на рис. 40.2,а, а на рис 40.2,б показан спектр этой функции, полученный с помощью компьютерной программы «быстрого фурье-преобразования».

а)

б)

Рис.40.2

Разложим в ряд Фурье функцию

90