Лабораторна робота №2

Дослідження основних властивостей пристроїв інтегрування і диференціювання радіосигналів

1.1. Навчальні питання

1. Дослідити залежність похибки пасивного та активного інтегратора від форми сигналу та параметрів елементів R і C.

2. Дослідити залежність похибки пасивного та активного диференціатора від форми сигналу та параметрів елементів R і C.

1.2. Навчальна мета

1. Експериментальне дослідження основних властивостей аналогових пристроїв інтегрування і диференціювання аналогових сигналів

1.3. Теоретичні відомості

Інтегруючі і диференціюючі пристрої аналогових сигналів можуть бути реалізовані на пасивних радіоелементах, на транзисторах або на операційних підсилювачах. Схема пасивного інтегруючого пристрою приведена на рис. 2.1.

Для випадку напруга на виході такого ланцюга дорівнює:

.

(2.1)

Якщо , то

.

(2.2)

Таким чином, для того, щоб коло на рис. 2.1 була інтегратором, необхідно, щоб було малим. Це досягається тим, що постійна часу має бути великою. Проте точність пасивних інтегруючих -кіл невелика і складає одиниці відсотків.

Більш кращі результати по точності забезпечують інтегратори на транзисторах. Проте для створення прецизійних інтеграторів використовують операційні підсилювачі (ОП), в яких вихідний сигнал завдяки досить глибокому зворотному зв'язку практично не залежить від коефіцієнта посилення ОП.

Проста схема інтегратора на ОП приведена на рис. 2.2. Даний інтегратор еквівалентний звичайному -колу в якому значення ємності конденсатора збільшено в разів, а падіння напруги на ньому збільшене в разів, де – коефіцієнт підсилення ОП по напрузі. Таким чином, похибка інтегратора на ОП приблизно в раз менша в порівнянні з простим RC-колом.

Найбільша точність інтегрування досягається, коли час інтегрування , а амплітуда сигналу на вході інтегратора .

Функціональні можливості базової схеми інтегратора можна істотно розширити, змінивши коло зворотного зв'язку і отримуючи: інтегратор з додаванням, інтегратор різниці, подвійний інтегратор та інші.

Основні складові похибок інтегрування при цьому обумовлені напругою зсуву нуля , вхідними струмами ОП, кінцевими значеннями і обмеженою смугою пропускання ОП. Найпростіший диференціююче коло приведено на рис. 2.3.

Напруга на виході RC-кола дорівнює:

.

(2.3)

Похибка диференціювання для схеми на рис. 2.3 складає:

.

(2.4)

Для зменшення необхідне зменшення постійної часу кола . При синусоїдальному вхідному сигналі з частотою точне диференціювання забезпечується при.

Недоліки пасивних диференціюючих пристроїв частково усуваються при використанні ОП. Базова схема диференціюючого пристрою на ОП приведена на рис. 2.4.

При використанні ОП точне диференціювання сигналів утруднене, особливо низькочастотних. Причина – обмежена смуга пропускання і кінцевий коефіцієнт підсилення ОП. Функціональні можливості диференціаторів можна істотно розширити, видозмінивши їх коло зворотного зв'язку.

При цьому можливі наступні варіанти схем диференціаторів: з додаванням, з малим шумом та інші.