Пример 2.4.
Вывести передаточную функцию схемы на рис.2.5, считая входной величиной , выходной - , при допущениях, сформулированных в примере 2.2.
R1 L
C R2
Рис.2.5
Система уравнений электрического равновесия схемы для мгновенных значений величин:
Последнее соотношение здесь, конечно, не уравнение, а обозначение выходной величины.
Уравнения в операторной форме:
(а)
(б)
(в)
Из уравнения (б)
Подставим полученное значение в (в):
Последнее соотношение подставим в (а) и определим передаточную функцию:
где - коэффициент передачи,
- постоянные времени.
Пример 2.5.
Вывести передаточную функцию схемы на рис.2.6, а, содержащей операционный усилитель.
C
R2 Zoc(p)
R1 DA Z1(p) DA
а) б)
Рис.2.6
Операционными усилителями называются усилители постоянного тока малой мощности с большим коэффициентом усиления. В настоящее время они выполняются по интегральной технологии, т.е. в виде микросхем.
Выведем вначале передаточную функцию для типового включения операционного усилителя, показанного на рис.2.6, б, в общем виде.
Так как реальные микросхемы операционных усилителей имеют большой коэффициент усиления и большое входное сопротивление , то предположим, что и .
С учетом принятых допущений напряжение между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя
Отсюда следует, что напряжение на входе ““ (инвертирующем) 0 и тогда
Кроме того, учитывая, что , можно считать и, следовательно
Выходное напряжение схемы тогда определяется следующим соотношением:
Теперь легко получить выражение для передаточной функции схемы (см. рис.2.6, б):
(2.5)
Знак “минус” в последнем выражении указывает на то, что полярность выходного напряжения схемы противоположна полярности входного напряжения.
Для определения передаточной функции схемы на рис.2.6, а вначале найдем сопротивление конденсатора в операторной форме.
Мгновенное значение тока через емкость равно:
Переходя к изображениям по Лапласу:
Из последнего равенства
(Аналогично для индуктивности можно получить ).
Используя выведенное значение , для схемы на рис.2.6, а получим:
где - коэффициент передачи,
- постоянная времени.