2.2.2.2 Построение кривых выходного напряжения активной дифференцирующей цепи с оу при различных кривых входного напряжения
Исследуемая цепь изображена на рисунке 16. Она состоит из источника напряжения (синусоидального или импульсного); конденсатора C1 ёмкостью 100 нФ; резистора R1 сопротивлением 1 кОм; батареей V1, V2 с ЭДС 22 В и операционного усилителя LF155 (X1) со параметрами, описанными в пункте 2.2.2.1.
Синусоидальное напряжение
Необходимо построить кривую выходного напряжения исследуемой активной дифференцирующей цепи с синусоидальным источником напряжения с характеристиками, описанными в пункте 2.2.2.1.
Для этого используется инструмент «Analysis Transient» со следующими параметрами:
Параметры, общие для анализа всех цепей;
«Y Expression» V(2).
График кривой выходного напряжения при прямоугольно‑импульсном входном напряжении представлен ниже (рисунок 22).
Рисунок 22. График кривой выходного напряжения активной дифференцирующей цепи с ОУ при синусоидальном входном напряжении (Micro‑Cap)
Прямоугольно‑импульсное входное напряжение
Необходимо построить кривую выходного напряжения исследуемой активной дифференцирующей цепи с импульсным источником напряжения с характеристиками, описанными в пункте 2.2.2.1.
Для этого используется инструмент «Analysis Transient» со следующими параметрами:
Параметры, общие для анализа всех цепей;
«Y Expression» V(5).
График кривой выходного напряжения при прямоугольно‑импульсном входном напряжении представлен ниже (рисунок 23).
Рисунок 23. График кривой выходного напряжения активной дифференцирующей цепи с ОУ при прямоугольно‑импульсном входном напряжении (Micro‑Cap)
Треугольно‑импульсное входное напряжение
Необходимо построить кривую выходного напряжения исследуемой активной дифференцирующей цепи с импульсным источником напряжения с характеристиками, описанными в пункте 2.2.2.1.
Для этого используется инструмент «Analysis Transient» со следующими параметрами:
Параметры, общие для анализа всех цепей;
«Y Expression» V(2).
График кривой выходного напряжения при треугольно‑импульсном входном напряжении представлен ниже (рисунок 24).
Рисунок 24. График кривой выходного напряжения активной дифференцирующей цепи с ОУ при треугольно‑импульсном входном напряжении (Micro‑Cap)
Заключение
В ходе выполнения работы методами непосредственного расчёта были определены значения КПФ для активных интегрирующей и дифференцирующей цепей; методами непосредственного расчёта и с помощью среды эмуляции работы электрических схем Micro‑Cap были начерчены графики кривых выходного напряжения активных интегрирующей и дифференцирующей цепей при синусоидальном, прямоугольно‑импульсном и треугольно‑импульсном входных напряжениях.
По результатам сравнения кривых выходного напряжения, непосредственно построенных, с построенными с помощью программы Micro‑Cap, выявлено почти полное совпадение соответствующих кривых.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ «А»
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ
Вопрос 1
Какие цепи являются интегрирующими? Приведите пример.
Интегрирующие цепи – это такие электрические цепи, где напряжение на выходе представляет собой интеграл входного напряжения:
Пример: фильтр низких частот.
Вопрос 2
Какие цепи являются дифференцирующими? Приведите пример.
Дифференцирующие цепи – это такие электрические цепи, где напряжение на выходе представляет собой дифференциал входного напряжения:
Пример: фильтр высоких частот.
Вопрос 3
В каких случаях применяются интегрирующие цепи?
Интегрирующие цепи применяются в случаях, когда необходимо сформировать импульс большей по длительности и с меньшей амплитудой, чем исходный, т.е. для удлинения и расширения импульсов. Также интегрирующие цепи применяются в качестве фильтров нижних частот.
Вопрос 4
В каких случаях применяются дифференцирующие цепи?
Дифференцирующие цепи применяются в случаях, когда необходимо сформировать импульс меньший по длительности и с большей амплитудой, чем исходный, т.е. для укорачивания и сужения импульсов. Также дифференцирующие цепи применяются в качестве фильтров верхних частот.
Вопрос 5
Начертите схему интегратора на ОУ и выведите его передаточную функцию H.
Простейший интегратор состоит из резистора (R1), конденсатора (C1), операционного усилителя (X1). Схема простейшего интегратора представлена на рисунке 25.
Рисунок 25. Схема простейшего интегратора с ОУ
Если ОУ идеальный, то: коэффициент усиления стремится к бесконечности, входное сопротивление ZВХ стремится к бесконечности, выходное сопротивление ZВЫХ стремится к нулю. При работе в линейном режиме при вышеописанных условиях, входной ток можно найти по следующей формуле:
Этот ток при высоком входном сопротивлении ОУ полностью протекает через конденсатор C1. Таким образом, получается:
Напряжение на конденсаторе uC и выходное напряжение усилителя изменяются по закону:
В итоге:
