лабы / ЛР№3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра биотехнических систем

ОТЧЕТ по лабораторной работе №3

по дисциплине «Системы удаленного мониторинга в цифровой медицине»

Тема: Автоматическая регуляция усиления (АРУ). Схемы АРУ

Санкт-Петербург

2024

1

Задание:

1.Провести в программе Micro-Cap моделирование работы схемы АРУ напряжения на основе операционного усилителя LF156.

2.Нелинейным элементом задающим зависимость уровня выходного напряжения от входного является диод 1N4007. Коэффициент усиления должен регулироваться от значения 2 для значений входного сигнала менее 1

Ви до значения 0,4 для входного сигнала более 1В.

3.Для моделирования работы АРУ – использовать анализ во временной области. Необходимо получить передаточную характеристику усилителя и сигналы на входе и выходе АРУ.

4.Для получения передаточной характеристики АРУ – использовать генератор сигнала треугольной формы с амплитудой 10 В и следующими временными параметрами: P1=0, P2=10, P3=10, P4=10, P5=10.

Соответственно с этим должны быть заданы параметры анализа.

5.Влияние резисторов обратной связи на порог усиления изучить с помощью анализа в режиме пошагового анализа (Stepping), задавая их различные значения.

6.Для получения сигналов на входе и выходе АРУ, в качестве входного зададим сигнал имеющий в себе составляющие отличающиеся по максимальной амплитуде в 10 раз. Для этого установим дополнительный генератор прямоугольных импульсов и умножитель. Для генератора импульсов зададим следующие параметры: амплитуда 0,5, временные параметры: P1=1000m, P2=1200m, P3=1200m, P4=1400m, P5=2. На второй вход умножителя подключим исходный генератор.

7.В итоге необходимо получить результаты анализа работы схемы АРУ во временной области: сравнить сигналы на его входе и выходе. Сделать выводы об усилении сигнала в зависимости от значения его амплитуды.

2

Ход работы:

1. Моделирование работы схемы АРУ напряжения на основе операционного усилителя LF156 с нелинейным элементом диодом

1N4007 задающим зависимость уровня выходного напряжения от входного

На рисунке 1 представлена схема АРУ.

Рисунок 1 – Схема АРУ

2. Получение передаточной характеристики АРУ

На рисунке 2 изображена передаточная характеристика АРУ. По графику видно, что выбранный номинал резистора соответствует тому,

чтобы коэффициент усиления регулировался от значения 2 для значений входного сигнала менее 1 В и до значения 0,4 для входного сигнала более 1В.

3

Рисунок 2 – Передаточная характеристика АРУ

3. Влияние резисторов обратной связи на порог усиления

На рисунке 3 представлено влияние резистора R4 обратной связи на порог усиления с шагом 1кОм, 500Ом, 250Ом, 100Ом.

Рисунок 3 – Пошаговый анализ влияние резистора R4 обратной связи на порог усиления

4. Моделирование схемы АРУ с дополнительным генератором

прямоугольных импульсов и умножителем

Для получения сигналов на входе и выходе АРУ, в качестве входного зададим сигнал имеющий в себе составляющие отличающиеся по максимальной амплитуде в 10 раз. Для этого установим дополнительный

4

генератор прямоугольных импульсов и умножитель. Для генератора параметры: амплитуда 0,5, временные параметры: P1=1000m, P2=1200m, P3=1200m, P4=1400m, P5=2. На второй вход умножителя подключим исходный генератор как показано на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема АРУ с дополнительным генератором прямоугольных импульсов и умножителем

На рисунке 5 изображен график анализа во временной области на входе и выходе.

Рисунок 5 – Входной и выходной сигнал АРУ

5

Необходимо сравнить графики на рисунках 6 и 7 на входе АРУ и на выходе АРУ и на выходе линейного усилителя с коэффициентами усиления

0.4 и 2, чтобы сделать вывод об усилении сигнала в зависимости от значения его амплитуды.

На рисунке 6 представлены сигналы на входе и на выходе АРУ, на выходе линейного усилителя с коэффициентом усиления 2.

Рисунок 6 – Сигналы на входе и на выходе АРУ на выходе линейного усилителя с коэффициентом усиления 2

На рисунке 7 представлены сигналы на входе и на выходе АРУ, на выходе линейного усилителя с коэффициентом усиления 0.4.

Рисунок 7 – Сигналы на входе и на выходе АРУ на выходе линейного усилителя с коэффициентом усиления 0.4

6

По результатам графика 5 видим, что сигнал на выходе усиливается в 2 раза при амплитуде входного сигнала менее 1В, а также при амплитуде входного сигнала более 1В усиливается в 0,4 раза.

После анализа графиков 6 и 7 видим, что выход АРУ(красный),

зеленый вход линейного усилителя и АРУ(зеленый), выход линейного усилителя с коэффициентом усиления 2 или 0.4 (синий). В результате у АРУ идет искривление формы у низкоамплитудных сигналов, что не наблюдается у линейного усилителя. Для высокоамплитудных сигналов не наблюдается искривление формы у АРУ, а коэффициент усиления линейного усилителя и АРУ почти одинаков. Условие об усилении сигнала от 0.4 раз для высокоамплитудных сигналов и усиление сигнала до 2 раз для низкоамплитудных сигналов выполняется.

7

Вывод: В ходе лабораторной работы в среде Micro-Cap было проведено моделирование схемы АРУ. Была построена на базе этой схемы передаточная характеристика и также проведен пошаговый анализ влияния резистора R4 обратной связи на порог усиления. После был проведен временной анализ с дополнительным генератором прямоугольных импульсов и умножителем.

8