0. Контрольные вопросы

1. Вывод основных расчетных соотношений для исследуемых схем.

2. Как влияет нестабильность параметров на точность работы рассмотренных схем?

3. Какую роль играет нелинейный элемент в схеме генератора?

4. каким образом осуществляется управление амплитудой и частотой генерации?

5. Каковы условия возникновения автоколебаний в генераторных схемах на операционных усилителей?

6. какие схемотехнические решения используются для повышения стабильности работы генераторов?

7. Каково назначение цепочки Д₁, Д₂, R₅ в схеме генератора на рис.6.5?

8. Определите роль транзистора Т1 в работе генератора на рис.6.5.

Практическая работа № 7

Исследование схем подавления продольных

и поперечных помех

0. Краткие теоретические сведения

0. Продольные и поперечные помехи.

Схемы подавления синфазных помех

Одним из источников помех при работе усилительных схем являются помехи, наводимые во входных цепях усилителей. Например, помехи, возникающие в проводах, соединяющих электроды (датчики) с входами усилителя. Если помеха, создаваемая за счет индуктивных и емкостных связей, в равной мере наводится в обоих проводниках, подключенных к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя, то она называется синфазной помехой или продольной помехой, или помехой общего вида – U_сф.

Если помеха создает разность напряжений между этими проводниками, то есть идет вместе с полезным сигналом, то ее называют дифференциальной, противофазной или поперечной помехой – U_ДП.

На рис.8.1. приведена эквивалентная схема, на которой показано, каким образом приложены названные помехи по отношению к источнику сигнала и первому усилительному каскаду.

Рисунок 8.1

Дифференциальную помеху U_ДП, особенно если ее спектр совпадает со спектром полезного сигнала U_вх, очень трудно отделить от U_вх. Основными способами борьбы с ней являются экранирование мощных источников электромагнитного излучения и малосигнальных цепей, использование симметричных схем датчиков и их соединительных линий, пространственное разделение силовых и информационных элементов схем.

Синфазная помеха прикладывается ко входам усилителя иначе, чем полезный сигнал, что существенно облегчает борьбу с ней. На рис. 8.2 представлена схема усиления входного аналогового сигнала, получаемого от удаленного источника при наличии синфазной помехи.

Рисунок 8.2

Сопротивления проводников R_пр1, R_пр2 будем считать активными и в общем случае различными. Синфазная помеха может быть создана из-за емкостных и индуктивных связей, а так же (при наличии гальванической связи источника полезного сигнала с корпусом усилителя) падением напряжения на общем соединительном проводе. Усилитель реализован по схеме с инвертирующим входом.

Составляющая выходного напряжения от входного полезного сигнала для схемы рисунок 8.2 определяется по формуле

U =-( )*U (8.1)

Составляющая от синфазной помехи определяется по формуле

U = , (8.2)

то есть, полезный сигнал усиливается в R₀/(R₁+R_пр1) раз, а синфазная помеха передается на выход без усиления.

Если не инвертирующий вход усилителя соединить с его общим проводом, произойдет усиление помехи в R₀/(R₁+R_пр1) раз. То есть, такое соединение делать нельзя. Характеристикой, позволяющей оценить способность схемы к подавлению синфазный помех, является коэффициент ослабления синфазного сигнала К_осс, который определяется как отношение коэффициента передачи полезного сигнала к коэффициенту передачи синфазного сигнала помехи. Для схемы рис. 8.2 К_осс= R₀/(R₁+R_пр1).

Наилучшим способом подавления синфазных помех является использование дифференциальных усилителей с симметричным включением (рис.8.3).

Рисунок 8.3

Для этой схемы

U =-(R₀/R )U_вх; (8.3)

U = . (8.4)

Если обеспечить соотношение

R₀=R₃ и R =R , (8.5)

то U .

То есть, существует теоретическая возможность полного подавления синфазных помех.

Практически достигаются величины К_осс=80…600 дБ.

Для обеспечения более полного подавления синфазной помехи необходимо как можно более точно выполнять соотношение 8.5, которое легче выполнять при больших входных сопротивлениях усилителя, тогда за счет относительной малости величин R_пр1, R_пр2 необходимо обеспечивать в основном равенство R₁ и R₂.

Рассчитать реальное значение величины К_осс при отклонении значений резисторов от расчетных можно по формулам 8.3 и 8.4.

Более высокий коэффициент подавления синфазных помех (до 10⁵) достигается за счет использования современных ОУ, высокоточных сопротивлений и специальных схем включения, например, по схеме рис. 8.4.

при выполнении соотношения

R₇/R₆=R₅/R₄

Рисунок 8.4

соблюдается соотношение

U_вых=(U₂-U₁) , (8.6)

а при выполнении соотношений R₅=R₄ и R₂=R₃=R₁

получаем

U_вых=3(U₂-U₁).