Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский государственный физико-технический университет (МФТИ)

Предмет:

Основы радиотехники

Файл:

РТ лабыФОПФ, осень 2012 / Календарный план и методические указания

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

03.06.2015

Размер:

9.46 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 53 4 5 > Следующая >>>

(4)Эксперимент, наглядно демонстрирующий наличие отрицательного сопротивления, рекомендуется выполнить на плате по следующей схеме:

Iвх

до подключения точки к точке

R1 R2

( r)

Uвх

после подключения точки к точке

R1 R2

( r)

1 R2 r

при r R

доподключения точки к точке

1 R

( R1, R2, R –

единицы или десятки кОм, r (1,05...1,1) R2 ; U1 1 В – переменное напряжение частоты 1…10 кГц).

(5) Источник тока с заземленной нагрузкой:

при R1 R3 , R2 R4 и идеальном ОУ

IR	IR	IR	Uвх U		U	Uвх	,


н	3	4	R3	R1		R3

то есть ток в нагрузке Rн не зависит от сопротивления нагрузки.

Uвх

Rн

U U U

(6) Принцип действия 2Т-образного моста (упр. 10):

UR2

UR3

UED

UC1

UC3

RiCi , i 1,2,3;

R3 R1, R2; C3 C1,C2

0 1/

UR2

UC1 UAB UED

	UC3		UC2	UR3	0
D	UC3
D
	U		U	F
	U	R1	U
		R1	FB

			B
Скачок фазы U	относительно U	AB	при прохождении точки от		/ 2 до / 2 .
FB		AB		0

(7) Коэффициент передачи моста (Л. П. Куклев. Операционные усилители. Учебное пособие. – М.: МФТИ, 2007, с. 163–164.):

E B_хх

D B_хх

1/ ( j C2)

E B_хх

R2 1/ ( j C2)

D B_хх

1/ ( j C ) R

D B_хх

F R3

1/ ( j C2)

UAB

UFB

UAB

zн

R2 1/ ( j C2)

1/ ( j C1) R1

R3 R2

[1 ( j C2 )]

1 ( j C ) R

[1 ( j C )]

R 1 ( j C ) R R

[1 ( j C

)]

1/ ( j C2)

UAB

[1 ( j C3)] [1 ( j C1)]

;

R 1/ ( j C

)

[1 ( j C

)] R [1 ( j C )] [1 ( j C )]

при R2 R2

R , R1 R 2 ,

C1 C3

C и C2

2C :

R 2

R R

{1 [ j (2C)]}

1 ( j C) R 2

( j C)]

2) 1

( j C) R R

UAB

{1 [ j (2C)]}

1/[ j (2C)]

[1 ( j C)] [1 ( j C)]

(R 2)

R 1/ [ j (2C)]

{1 [ j (2C)]} R [1 ( j C)] [1 ( j C)]

(R 2)

( C)2

UAB

4R j

1 j

( C)2

где

;

при

( 0) ( 0)

2 0

, .

( )2

Когда двойной Т-образный мост играет роль четырехполюсника обратной связи с

U	1
FB			,

		4
UAB	1

коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью, равен K0 , и обратная связь отрицательна вдали от точки a 0 ( 0) :

	K0		K0		K0(1 ja / 4)
K ( ja)										.
K ( ja)			K	0		K	0	1		.
	1 K0	1		0	1 j		0		a
	1 K0	1	1 4 / ( ja)		1 j		4		a
			1 4 / ( ja)				4

При a 1 пренебрегаем ja / 4 по сравнению с 1. Тогда

	K0	,

K ( ja)	1 jQa

где Q (K0 1) / 4 – эквивалентная добротность.

(8)На рис. схематически изображен режекторный фильтр с двойным Т-образным мостом (упр. 12.4) и векторная диаграмма напряжений в этой схеме на частоте 0 , когда напряжение U2Т_вых отстает от напряжения U2Т_вх ( 0 – резонансная частота моста).

AB U

вх

ADB

Двойной

DB Uвых

BAD 1

Т-образный

мост

AE U2Т_вх

EAD 2

R1 0

DE U2Т_вых

U2Т_вх

R const

Uвх

Uвых

DB таккак 1

> 2 DE

sin

U2Т_вых

sin

R1 const

Uвых

U2Т_вых

Uвх

U2Т_вх

Из построения и из «теоремы синусов» следует, что на частоте, отличной от 0 ,

коэффициент передачи такого фильтра больше, чем коэффициент передачи	a
двойного Т-образного моста, и тем ближе к 1, чем больше R2 / (R1 R2) ;	b
следовательно, полоса режекции такого фильтра тем уже,	a
чем больше R2 / (R1 R2) .	a
чем больше R2 / (R1 R2) .	b
	«Теорема синусов»:	a	sin a
	«Теорема синусов»:
		b sin b

(7)Предполагается в работе, посвященной применению ОУ, воздержаться от изучения активных RC -фильтров в пользу цифровых фильтров в весеннем семестре.

3-я тема: Применения операционных усилителей

3-е занятие (3 – 9 ноября 2012 года)

Импульсные схемы на основе ОУ:

–схемы на основе ОУ с положительной обратной связью: состояния схемы с резисторным делителем между выходом и неинвертирующим входом в отсутствие внешнего воздействия;

–триггеры Шмита с последовательной и с параллельнойположительной обратной связью; оценка времени, занимаемого регенеративным процессом;

–самовозбуждающийся мультивибратор (генератор прямоугольных колебаний);

–ждущий мультивибратор (электронная выдержка);

–генерирование линейно-изменяющегося напряжения (генераторы развертки);

Самостоятельное выполнение студентами упражнений 15, 16 и 17 лабораторной работы № 77:

– все упражнения выполняются на плате.

Дополнительные сведения, пояснения и рекомендации:

(1)

	R	uC(t)
uвх	C	uвых(t)

K0uC(t) при uC U0K0 uвых(t)

U0 при uC U0 K0

Простейшая модель инерционного усилителя

При замкнутой петле обратной связи:


uвых	K0uC
u	u		RC		duC

вых		C			dt
		uвых					duвых
u				RC		1
						K0	dt
вых		K0

(K0 1) uвых RC duвых dt

duвых K0 1 uвых dt RC

ln uвых K0 1t const …

При разомкнутой петле и подаче на вход скачка величиной U0 :

(t) U

t/(RC)

1 e

(t ) U

t /(RC)

K0U0 1 e

K0 1 1

t RC K0

(простейшая оценка снизу)

(2) При выполнении упр. 15 (самовозбуждающийся мультивибратор) R и R2 – порядка 50…200 кОм, 0.01, T 2…5 мс.

При выполнении упр. 16	(ждущий мультивибратор) R – несколько десятков кОм, R1,R2 – (1…10) кОм, (0,3...0,7) ,
T 2…5 мс.
При выполнении упр. 17	(генерирование линейно-изменяющегося напряжения) R, R1 и R2 – порядка – порядка 50…200 кОм,
R1 R2 , T 2…5 мс.

(3) Триггер Шмита:

						uвых	2
		Uвых_ОУ_макс					2
	uвых	Uвых_ОУ_макс
	uвых	U	вых_ОУ_макс		U
		U			U			к Uвых_ОУ_макс

2					0	U
2	R2				0	U	Uвых_ОУ_макс
							Uвых_ОУ_макс
R1		Uвых_ОУ_макс
		Uвых_ОУ_макс
			B
			R1	R1 R2 ,	U Uвых_ОУ_макс,		tg 1

uвх

uвых

uвх

uвых

Eоп

fк

uвх

uвых

вых_ОУ_макс U

uвых

Uвых_ОУ_макс

uвых

Uвых_ОУ_макс

Eоп

Uвых_ОУ_макс

2 Uвых_ОУ_макс

uвх

R1	u
	вых

uвх

(4)

Самовозбуждающийся мультивибратор:

exp t RC

uвх uC

к Uвых_ОУ_макс

uвых

Uвых_ОУ_макс

uвых

Uвых_ОУ_макс

t 0

uвых

к Uвых_ОУ_макс

Uвых_ОУ_макс

R1 R2

Uвых_ОУ_макс

Для 0 t

Uвых_ОУ_макс Uвых_ОУ_макс Uвых_ОУ_макс e

RC Uвых_ОУ_макс

1 e

RC 1 ;

В момент t

RCln

; если 1, то T 2RC ln 1 ln 1 2RC

4 RC

(5)

Ждущий мультивибратор:

Eоп

uвх

Eоп

t 0

uвх

u uвх

uвых

2 Uвых_ОУ_макс

Eоп

2 Uвых_ОУ_макс

exp t

R R1

uвых

R1 R2

Uвых_ОУ_макс

2 U

R2 C

вых_ОУ_макс

2 Uвых_ОУ_макс e

Eоп T R R1

R2 C

Eоп

(6)

Генерирование линейно-изменяющегося напряжения:

uвых_ОУ1

uвых_ОУ2

u uвых_ОУ1 uвых_ОУ2

R2 R1 R2 ,

R1 R1 R2

uвых_ОУ1

Uвых_ОУ1_макс

T 2

U 2_макс

uвых_ОУ2

Uвых_ОУ2_макс

t t*

ОУ1 и ОУ2 одинаковы и идеальны;

u 1 0

при R1 R2

и uвых_ОУ1 uC , где uC

–

напряжение на конденсаторе C .

В пределах одного полупериода колебаний uвых_ОУ1 2Uвых_ОУ1_макс ; но uвых_ОУ1 uC , а

T 2

Uвых_ОУ2_макс

R T 2

, где i

– ток, текущий по резистору R .

вых_ОУ2_макс

2RC

Таким образом, Uвых_ОУ1_макс

Uвых_ОУ2_макс .

4RC

При t t* на выходе ОУ2

происходит скачок, потому что к этому моменту времени становится равным нулю напряжение u 2 :

Uвых_ОУ1_макс Uвых_ОУ2_макс 0

Uвых_ОУ2_макс Uвых_ОУ2_макс 0 , следовательно

4RC

T 4RC 4RC R1 . Подставляя это значение T в соотношение, связывающее Uвых_ОУ1_макс и Uвых_ОУ2_макс , получаем:

Uвых_ОУ2_макс . Очевидно, U 2_макс 2 Uвых_ОУ2_макс .

Uвых_ОУ1_макс R

3-я тема: Применения операционных усилителей

4-е занятие (10 – 16 ноября 2012 года)

RC-генератор синусоидальных колебаний на основе ОУ

–общий случай;

–схема RC-генератора с мостом Вина;

Макс Карл Вин (Wien M., 1866–1938): электромагнитные волны, приборы для измерения слабых токов, радиотехника; Вильгельм Вин (Wien W., 1864–1928): распределение по частоте (по длине волны) энергии в (тепловом) излучении, абсолютно черное тело;

–условие самовозбуждения: спектральный подход;

–условие самовозбуждения: временной подход;

– установившийся режим: форма и амплитуда колебаний;

Усилитель

–

стабилизация частоты.

Самостоятельное выполнение студентами

– упр. 13 лабораторной работы № 77 путем моделирования в Micro-Cap

с использованием готового файла RCGEN.cir (при внесении изменений

необходимо запомнить измененный файл в индивидуальной папке в

C:\Students\<номер_учебной_группы_фамилия_студента>\).

Дополнительные сведения, пояснения и рекомендации:

Четырехполюсник

(а) Общий случай

обратной связи

При наличии установившихся гармонических колебаний на входе

и на выходе усилителя:

1 условие баланса амплитуд

KU1

K U1

K 1

arg K

arg n 2 условие баланса фаз

Условие баланса фаз – уравнение относительно частоты, на которой возможно генерирование.

Энергетическая интерпретация условия баланса амплитуд; физический смысл нарушения равновесия:

(б) Условие самовозбуждения: спектральный подход

Пусть K

K0 , петля обратной связи разомкнута

и на вход усилителя подано напряжение U

вх_K

Колебания начнут нарастать после замыкания петли

обратной связи, если существует частота 0 ,

на которой напряжение U

оказывается в фазе

вых_

с напряжением

, и на этой частоте выполнено

вых_

неравенство:

вх_K

вых_

вх_K

вх

Uвх Uвх

вых_

Uвх

Uвых

вх

вых

K U

R / (R R )

вх_K

2 j C2

j C

R C

j C2

R C

1 2

2 1

R1 j C1 R

j C2

На частоте 0

R1R2C1C2

При R1 R2 R,

C1 C2

С и RC

; 0

;

3 j

Таким образом, условие самовозбуждения имеет вид:

		K						K

				0	U				0	U		U
	0			0		вх_K			0		вх_K			вх_K
	0													1	1		1		1	1
K0																		или


			0				1															.
							1															.
													K0			K0 3			3		K0
										0

Uвх_K K

Uвх Uвых

<<< < Предыдущая 1 23 / 53 4 5 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке РТ лабыФОПФ, осень 2012

#
03.06.201559.84 Кб23График лабораторных работ, осень 2012.pdf
#
03.06.20159.46 Mб37Календарный план и методические указания.pdf
#
03.06.2015302.03 Кб26Календарный план лекционно-лабораторных занятий.pdf
#
03.06.2015189.64 Кб50Программа курса --Электронные методы физических исследваний--.pdf
#
03.06.2015427.36 Кб21Расписание осень 2012 (12).pdf
#
03.06.2015113.23 Кб30Результаты лабораторной работы № 28.pdf
#
03.06.201545.02 Кб52Указания по выбору транзисторов в среде Micro-Cap.pdf