Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Адаптивные электронные и микропроцессорные системы. Практикум
.pdf
Измерить на панели осциллоскопа (см. рис. 1.9) коэффициенты
усиления по каждому каналу, устанавливая поочередно амплитуды
сигналов U1 =0, U2 = 0. Сравнить их с теоретическими значениями.
3. Собрать в редакторе Multisim неинвертирующую схему усили-
теля (рис. 1.10).
XSC2
XFG1
V1
12 V
U1 OPAMP_5T_VIRTUAL
R1
90kΩ
A
+
B
_+_
Ext Trig
+
_
V3
12 V
R2
10kΩ
Рис. 1.10. Схема неинвертирующего усилителя сигнала
Варианты параметров схемы приведены в табл. 1.3.
Варианты параметров схемы неинвертирующего усилителя сигнала
№ 1 2 3 4 5 6 7
R6 8к 12к 20к 15к 60к 20к 22к
R4 3к 2к 15к 5к 10к 4к 4к
Параметры генератора сигнала установить равными
UВХ = 100 мВ, f = 1 кГц.
Пример осциллограмм в схеме усилителя приведен на рис. 1.11.
Таблица 1.3
Измерить коэффициент усиления схемы с помощью панели осцил-
лоскопа (см. рис. 1.11), сравнить его с теоретическим значением (1.5).
Установить параметры генератора сигнала равными
UВХ = 10 В, f = 1 кГц.
11
Рис. 1.11. Осциллограммы сигналов в схеме усилителя
Пример осциллограмм в схеме усилителя приведен на рис. 1.12.
Рис. 1.12. Осциллограммы сигналов в схеме усилителя
12
Измерить порог ограничения выходного сигнала.
U kU b
= +
1
2
R
R
= −
1+ 2
b V
В, =1кГц
=
4. Собрать в редакторе Multisim схему инвертирующего усилителя [2] с однополярным питанием (рис. 1.13). С целью получения неискаженного выходного сигнала в схемах усилителей с однополярным питанием используется смещение рабочей точки усилителя с
помощью источника постоянного напряжения V2.
XSC2
Ext Trig
XFG1
R2 10kΩ
R4 10kΩ
R1
20kΩ
U1
B
A
_
+
+
+
_
_
OPAMP_5T_VIRTUAL
V2
3.3 V
R3
10kΩ
V3
12 V
Рис. 1.13. Инвертирующая схема усилителя с однополярным питанием
Коэффициент передачи такого усилителя определяется выражением
, (1.6)
где
ВЫХ ВХ
R
k
=
,
1
R R R
2 3 4
R
+
3
.
В качестве примера для параметров сигнала генератора
ВХ
1
,
U f
и постоянного напряжения V2 = 3,3В, осциллограммы сигналов в
схеме усилителя приведены на рис. 1.14. Как видно из рассмотрения
осциллограмм, выходной сигнал усилителя имеет постоянное смещение b, определяемое выражением (1.6).
13
Рис. 1.14. Осциллограммы в схеме усилителя с однополярным питанием
Измерив амплитуды сигналов, а также смещение выходного
напряжения U
, можно убедиться в справедливости (1.6).
ВЫХ
Варианты параметров схемы усилителя приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Варианты параметров схемы усилителя с однополярным питанием
№ 1 2 3 4 5 6 7
R4 8к 12к 20к 15к 60к 20к 22к
R6 3к 2к 15к 5к 10к 4к 4к
R1 2к 4к 3к 1к 4к 5к 10к
R2 4к 2к 3к 5к 3к 10к 5к
Напряжение V2 задать таким образом, чтобы смещение b, определяемое (1.6), было бы равно 5 В. Зафиксировать осциллограммы сигналов в схеме. Измерить параметры k и b с помощью панели осциллоскопа (см. рис. 1.14), сравнить их с расчетными, определяемыми
выражением (1.6).
5. Собрать в редакторе Multisim схему неинвертирующего усили-
теля с однополярным питанием (рис. 1.15). В этой схеме для получе-
14
ния неискаженного выходного сигнала усилителя, используются раз-
4
5
R
R
= +
делительные конденсаторы С1–С3, что однако ограничивает нижнюю
границу частотного диапазона входного сигнала.
XSC2
XFG1
R4 40kΩ
A
_
+
Ext Trig
+
B
+
_
_
C3
1uF
C2
1uF
R5
10kΩ
R1
10kΩ
R2
10kΩ
U1
OPAMP_5T_VIRTUAL
V3
12 V
C1
1uF
R3
10kΩ
Рис. 1.15. Схема неинвертирующего усилителя с однополярным питанием
Коэффициент усиления схемы равен
К
1
U
, (1.7)
смещение равно 0, что связано с наличием конденсаторов С1–С3.
Пример осциллограмм в схеме приведен на рис. 1.16.
Непосредственно измерив амплитуды сигналов на осциллограмме, можно убедиться, что коэффициент усиления схемы равен 5.
Варианты параметров схемы приведены в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Варианты параметров схемы неинвертирующего усилителя
с однополярным питанием
№ 1 2 3 4 5 6 7
R4 8к 12к 20к 15к 60к 20к 22к
R5 3к 2к 15к 5к 10к 4к 4к
R1 2к 4к 3к 1к 8к 7к 10к
R2 2к 4к 3к 1к 8к 7к 10к
15
Рис. 1.16. Осциллограммы сигналов в схеме усилителя
Зафиксировать осциллограммы сигналов в схеме. Измерить ко-
эффициент усиления, сравнить его с расчетным по выражению (1.7).
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Принципиальные схемы исследуемых цепей.
2. Теоретические выражения для определяемых параметров уси-
лителя.
3. Параметры усилителя, определенные по экспериментально
снятым данным.
4. Справочные параметры усилителя.
Контрольные вопросы
1. Для чего используются ОУ?
2. В каких диапазонах частот применяются ОУ?
3. Как определить входное и выходное сопротивление схем на базе ОУ?
4. Как определяется коэффициент передачи в схемах на базе операционных
усилителей?
5. Как определяется погрешность в усилительных схемах на базе операци-
онных усилителей?
16
Практическая работа АЭМ-2
ИЗУЧЕНИЕ АНАЛОГОВОГО ИНТЕРФЕЙСА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ АЦП
Цель работы – ознакомление со схемой и принципом действия
аналоговых интерфейсов АЦП, определение характеристик входных
цепей аналоговых интерфейсов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сигналы, формируемые различными датчиками, могут не соответствовать входным параметрам аналого-цифрового преобразователя. Значительная часть измерительных АЦП имеет однополярный
диапазон входного сигнала 0…0,5 В, а выходные сигналы ряда датчиков могут быть двухполярными и лежать в милливольтовом диапазоне [4, 5]. В этом случае в адаптивных измерительных системах их
необходимо усилить и превратить в однополярные сигналы с использованием их смещения. В высокочастотных приложениях преобразуемый сигнал поступает на вход АЦП по высокочастотной линии, характеризуемой волновым сопротивлением (обычно 50 или 75 Ом),
поэтому входное сопротивление АЦП (обычно достаточно высокое)
для оптимальной передачи мощности сигнала должно соответствовать волновому сопротивлению, и аналоговый интерфейс должен
удовлетворять такому требованию. Ряд датчиков сигнала представляет собой заземленный источник, и для снижения входных шумов и
помех такой сигнал следует превратить в дифференциальный. Некоторые датчики (например, электрохимические измерители параметров воды, измерители биопотенциалов), характеризуются очень высоким внутренним сопротивлением, поэтому для предотвращения падения входного сигнала на внутреннем сопротивлении таких датчиков входное сопротивление аналогового интерфейса должно быть
существенно большим.
17
Цепи для преобразования сигнала от заземленного источника
0,476.
U
в дифференциальный сигнал
Такие цепи используются для снижения погрешностей, вызванными помехами, а также в том случае, когда АЦП имеет только дифференциальный вход. Эти цепи выполняются на основе трансформаторов и операционных усилителей.
Трансформаторная схема (рис. 2.1) в простейшем случае пред-
ставляет собой трансформатор Т3 с коэффициентом трансформации
К
с одной первичной обмоткой и вторичной обмоткой с выводом от
Т
средней точки.
XSC3
XFG3
Ext Trig
+
UX
B
A
_
+
+
_
_
R1
20Ω
T3
TS_PQ4_28
R2 20kΩ
R3 20kΩ
Рис. 2.1. Схема простейшего трансформаторного интерфейса
Диаграммы сигналов в этой схеме приведены на рис. 2.2.
На вход схемы поступает сигнал UX с параметрами UX = 10 В, f =
10 кГц, формируемый генератором XFG3. Как видно из рассмотрения
схемы, входной сигнал формируется заземленным источником.
Сигнал UY, снимаемый со вторичной обмотки трансформатора,
как видно из диаграмм на рис. 2.2, составляет 4,76 В. Следовательно,
коэффициент трансформации трансформатора составляет
U
KU= =
T
Y
(2.1)
X
18
кОм.
Рис. 2.2. Диаграммы сигналов в схеме двухтактного
трансформаторного аналогового интерфейса
Сопротивление нагрузки RH в рассматриваемой схеме состоит из
последовательно соединенных резисторов R2 и R3 и равно 40 кОм.
Сопротивление нагрузки, пересчитанное в первичную цепь
трансформатора, как известно, равно [6]
R
' 176
R
H
H
= =
K
2
T
(2.2)
Это сопротивление теоретически и является входным сопротивлением трансформаторной схемы аналогового интерфейса.
Входной ток IВХ схемы определяется падением напряжения UR1
на резисторе измерительного шунта R1 (см. рис. 2.1), которое
19
(см. рис. 2.2) равно 1,2 мВ. Следовательно, входное сопротивление,
кОм,
ВЫХ
определяемое непосредственным его измерением, равно
U
X
R
= =
ВХ
I
ВХ
180
(2.3)
что близко к его теоретическому значению (2.2).
Легко заметить, что выходное напряжение UY интерфейса представляет собой дифференциальный сигнал.
Для смещения этого сигнала с целью преобразования его в однополярный на вывод от средней точки трансформатора (рис. 2.3) подается
постоянное смещение, формируемое делителем R1, R2 и равное 0,5 В.
XSC1
V1
1 V
XFG1
Ext Trig
+
B
A
_
+
+
_
_
R2
1kΩ
R1
1kΩ
R5
100kΩ
R3 1kΩ
R4 1kΩ
R7
100kΩ
XSC3
Ext Trig
+
B
A
_
+
+
_
_
U
T1
TS_PQ4_28
U1
U2
U1
OPAMP_3T_VIRTUAL
R8 100kΩR6 100kΩ
Рис. 2.3. Аналоговый трансформаторный интерфейс
со смещением входного сигнала
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]