Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника измерительных устройств. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям для бакалавров
.pdf
Ток IC через конденсатор равен сумме токов I
ВХ1 ВХ 2
I I I
ВХ1 ВХ2
, .
,
dt
()(
)
ВЫХ 0 0
,
U U I dt U dt U
U U
I I
= +
C
;
= =
ВХ1 ВХ 2
R R
1 2
ВХ1 и IВХ2
:
Выходное напряжение U
определяется аналогично (6.4) и
ВЫХ
(6.5):
dU
I C
=
C
1 1
= − = − + =− + +
C C C C
∫ ∫
C C R R
C
U t U t
1 2
ВХ ВХ
1 2
то есть схема интегрирует сумму двух входных сигналов.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему (рис. 6.7) интегратора (рис. 6.2).
Рис. 6.7. Схема интегратора в редакторе Multisim
41
Настройка генератора XFG1 сигнала представлена на рис. 6.8.
Ом 0,5 10 Ф 0,05с.
(
)
0 0
=
Постоянная времени интегратора составляет величину
2 1 10
R C
τ
= ⋅ = ⋅ ⋅ =
5 6
−
(6.14)
2. При замкнутом ключе J1 (рис. 7)
включить схему, генератор XFG1 должен
вырабатывать сигнал прямоугольной формы. Ключ нужен для задания нулевых
Рис. 6.8. Настройка
генератора сигнала XFG1
начальных условий:
U
C
.
Разомкнуть ключ J1. Диаграммы сигналов в схеме для входного сигнала прямоугольной формы представлены на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Диаграммы сигналов в схеме интегратора
при входном сигнале прямоугольной формы
42
Выходной сигнал интегрирующей схемы может быть смещен
мВ 100мВ.
2 50
мс
вверх или вниз на некоторую величину в связи с отсутствием синхронизации момента размыкания ключа J1.
Как видно из рассмотрения диаграмм, размах выходного сигнала
составляет 100 мВ, что соответствует (6.9):
T
U U
∆ = = =
ВЫХ ВХМ
500
10мс
(6.15)
τ
Варианты заданий для данного этапа работы приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Варианты заданий
Вариант 1 2 3 4 5
R2 50 к 100 к 20 к 50 к 40 к
C1 1 мк 500 н 100 н 200 н 400 н
U
ВХМ
1 В 0,4 В 2 В 0,5 В 0,1 В
3. Исследовать работу интегрирующей схемы при входном
гармоническом сигнале. Включать схему таким же образом, как и в
п.1. Диаграммы сигналов для этого случая приведены на рис. 6.10.
Рис. 6.10. Диаграммы сигналов в схеме интегратора
при входном гармоническом сигнале
43
Амплитуда выходного сигнала в этом случае составляет пример-
мВ.
(
)
мВ.
2 2 50
мс
но 35 мВ, что согласуется с (6.10), (6.11):
U
ВЫХ М
U
ВХ М
= = ≈
ωτ π
2 50Гц 0,05с
500мВ
⋅ ⋅
32
(6.16)
4. Исследовать работу интегрирующей схемы при входном
сигнале треугольной формы. Включать схему таким же образом,
как и в п.1. Диаграммы сигналов для этого случая приведены на рис.
6.11.
Рис. 6.11. Диаграммы сигналов в интегрирующей схеме
Как видно из рассмотрения диаграмм, выходной сигнал имеет кусочно-параболическую форму, что следует из (6.12), размах выходного сигнала составляет примерно 50мВ, что согласуется с (6.13):
U
∆ = = ⋅ =
при входном сигнале треугольной формы
ВЫХ
k t
⋅ ∆
τ
2
мс
100мс
⋅
0,05 50
В
44
2
(6.17)
5. Исследовать суммирующе-интегрирующую схему (рис. 6.6).
Схема в редакторе Multisim представлена на рис. 6.12. Значения
R1, R2 и C1 выбирать в соответствии с вариантом (табл. 6.1).
Рис. 6.12. Суммирующе-интегрирующая схема
Настройки генераторов XFG2, XFG1 входных сигналов представлены на рис. 6.13.
Рис. 6.13. Настройки генераторов входных сигналов
Диаграммы сигналов для рассмотренного варианта схемы (рис.
6.12) представлены на рис. 6.14.
45
Рис. 6.14. Диаграммы сигналов в суммирующе-интегрирующей схеме
Объяснить вид диаграммы выходного сигнала.
7. Определить частотную характеристику интегрирующей
схемы (рис. 6.2). Исследуемая схема представлена на рис. 6.15. Зна-
чения R2 и C1 необходимо выбирать в соответствии с заданным вариантом (табл. 6.1).
Рис. 6.15. Схема для определения частотных характеристик интегратора
46
Частотные характеристики такой схемы, полученные с помощью
Гц.
регистратора XBP1, представлены на рис. 6.16.
Рис. 6.16. Логарифмическая амплитудно-частотная (ЛАЧХ) (сверху)
и фазочастотная (ФЧХ) (снизу) характеристики интегрирующей схемы
(рис. 6.15)
Как видно из рассмотрения ЛАЧХ, частота сопряжения схемы
(точка перегиба ЛАЧХ) составляет примерно 0,5 Гц.
Теоретическое значение частоты сопряжения (6.8)
1 1
f
= = ≈
C
2 2 3,14 0,5 10 Ф 5 10 Ом
πτ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
6 5
−
0,6
(6.18)
Из рассмотрения ФЧХ можно сделать вывод, что на частотах
выше 10 Гц фазовый сдвиг составляет 900 (+π/2), а на частотах ниже
0,1 Гц фазовый сдвиг составляет 1800 (+π).
С учетом того, что рассматриваемая схема сама по себе является
инвертирующей, то есть имеющей внутренний фазовый сдвиг, равный (-π), то фактический фазовый сдвиг интегрирующей схемы на
47
низких частотах равен 0, а на высоких частотах равен (-π/2), что и
(
)
dU t
dt
.
I I I
= =
следует из теоретического анализа рассматриваемой схемы.
Содержание отчета
1. Исследуемые схемы.
2. Диаграммы сигналов в исследуемых схемах.
3. Теоретические значения параметров, определенных с помо-
щью (6.14)…(6.18). Экспериментально определенные значения этих
же параметров.
4. Объяснение вида диаграммы выходного сигнала суммирую-
щее – интегрирующей схемы (рис. 6.14).
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7
ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА БАЗЕ ОУ.
ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ПЕРЕХОДНЫХ И ЧАСТОТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК
Цель работы: исследование характеристик дифференцирующих
схем.
Общие сведения
Дифференциатором называют электронное устройство, напряжение на выходе которого пропорционально производной от входного
сигнала
ВХ
. (7.1)
U t
ВЫХ
( )
=
τ
На основе операционных усилителей можно создавать почти идеальные дифференциаторы.
Схема простейшего дифференциатора представлена на рис. 7.1.
также его дифференциальным входным напряжением U
записать
Пренебрегая входными токами операционного усилителя DA, а
, можно
ВХ Д
C R
ВХ
(7.2)
48
.
dt dt
0
≈
ВХ
,
dt
.
RC
τ
=
(
)
,
K p p
τ
,
1
p
τ
+
, .
R C R C
τ τ
= =
ВХ Д
DA
U
С
R
ВХ
ВЫХ
ВХ
R
I
U
U
C
I
U
Рис. 7.1. Схема дифференциатора
Ток через конденсатор и напряжение на нем определяются выражениями
I C C
C
Поскольку
U
ВХД
, падение напряжения на резисторе R равно
выходному напряжению U
dU dU
= =
ВЫХ
C
.
ВХ
(7.3)
Таким образом, из (7.1)- (7.3) вытекает
dU
U U
= − = −
ВЫХ
R
τ
(7.4)
где
Таким образом, выходное напряжение U
(7.5)
(t) пропорционально
ВЫХ
производной входного напряжения.
Недостатком этой схемы является то, что при использовании реальных операционных усилителей их схемы склонны к возбуждению.
Для устранения этого эффекта схему дифференциатора дополняют
резистором R2 (рис. 7.2) небольшой величины.
Передаточная функция дифференциатора (рис. 7.1) определяется
преобразованием Лапласа выражения (7.1):
=
(7.6)
а передаточная функция дифференциатора (рис. 7.2) определяется
выражением
K p
( )
=
1
p
τ
2
(7.7)
где
1 1 2 2
49
, ,
f R C
дБ
2
DA
1
ВЫХ
ВХ
20
дБ/дек
R
C
R
U
U
Рис. 7.2. Схема дифференциатора с коррекцией эффекта возбуждения
Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ)
дифференциатора (рис. 7.2) с функцией (7.7) имеет вид, показанный
на рис. 7.3.
L Дб
80
60
40
20
f
C
1 10 100 1к 10к 100к 1М 10М 100М
-20
-40
-60
f Гц
Рис. 7.3. ЛАЧХ дифференциатора
Характеристика представляет собой две прямые, одна прямая – с
наклоном +20 дБ/дек, проходящую через частоту сопряжения
1
= =
C
2
πτ
а горизонтальная прямая проходит на уровне
постоянная τ1 равна постоянной τ, определяемой
τ
1 1
1
(7.8)
R
LR=
0
20log
1
[ ]
2
,
(7.5).
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]