Разделы
Публикации
Популярные
Новые
|
Главная » Применение операционных усилителей 1 ... 20 21 22 23 24 25 26 ... 57 теристики фильтра показано на рис. 8.28. Горизонтальный масштаб этого изображения задается посредством изменения коэффициента усиления усилителя S: с Частота Рис. 8.28. Изображение частотной характеристики фильтра верхних частот на экране осциллографа; включение аппаратуры соответствует рис. 8.27. горизонтальной развертки осциллографа и должен быть выбран так, чтобы размер изображения соответствовал ширине экрана. Замечание. Если генератор качающейся частоты не имеет гашения обратного хода, то во время обратного хода на экране будет появляться боЛее сла- вых Рис. 8.29. Фильтр нижних частот Саллена и Кея. бое дополнительное изображение. Ослабления этого эффекта (но не полного его исключения) можно добиться за счет уменьшения скорости изменения частоты. Отметим, что чрезмерная скорость изменения частоты вызывает неустойчивость изображения даже при наличии гашения обратного хода. Для проведения точных измерений /здб, fj, fa и коэффициента усиления лучше всего использовать обычный режим работы осциллографа и менять частоту вручную. -1(- Рис. 8.30. Фильтр с параллельной обратной связью. Включите измерительную аппаратуру, как показано на рис. 8.27. Настройте амплитуду горизонтальной развертки осциллографа таким образом. Рис. 8.31. Универсальный фильтр с единичным коэффициентом усиления. = ;(3Q-.). чтобы размах напряжений на выходе Аналог частоты генератора качающейся частоты соответствовал всей ширине экрана. 10 ком 10 ком 10 кОм 3.33 ком - DDI Рис. 8.32. Схема универсального фильтра с изменяемым коэффициентом усиления, реализующая полосовой фильтр. -схема фильтра. f(,=Vfi <3 = fo/(f2-fi)- S=k /Q. C, = Cj=C, ,= 2= 6 -схема сумматора для получения фильтра-пробки. 2. Фильтр Саллена и Кея. (а) Рассчитайте схему Саллена и Кея, реализующую фильтр нижних частот Баттерворта второго порядка. Установите ЗдБ = 1 кГц. Схема этого фильтра показана па рис. 8.29. Значение а найдите по табл. 8.1. (б) Соберите эту схему на макетной панели, (в) Проверьте 3 дБ> изменение ослабления на переходном участке между частотами 300 и 600 Гц (оно должно быть равным 12 дБ) и коэффициент усиления в полосе пропускания. Сравните результаты измерений с результатами расчета. При использовании сопротивлений с точностью ±2 7о и конденсаторов с точностью ±5 % различие не должно превышать 10 %. 3. Фильтр с параллельной обратной связью, (а) Рассчитайте фильтр с парал-, лельной обратной связью (его схема показана на рис. 8.30), имеющий fi = = 900 Гц и /2 = 1100 Гц. Положите = 6. (б) Соберите эту схему на ма-четной панели, (в) Проверьте измерением fa, fi, fi, Q и Ко. 4. Универсальный фильтр с единичным коэффициентом усиления, (а) Рассчитайте схему универсального фильтра с единичным коэффициентом усиления, реализующую фильтр верхних частот второго порядка, имеющий характеристику Чебышева с неравномерностью 2 дБ. Эта схема показана на рис. 8.31. Напомним, что величины отношения /3 дбДср коэффициента а надо искать в табл. 8.1. (б) Соберите эту схему, (в) Проверьте величину /3 дб> неравномерность (амплитуду зубцов) характеристики в децибелах и величину Кп иа вершинах зубцов. 5. Универсальный фильтр с изменяемым коэффициентом усиления, (а) Рассчитайте схему универсального фильтра с изменяемым коэффициентом усиления, реализующую полосовой фильтр пропускания с fi = 900 Гц, /г = 920 Гц Рис. 8.33. Биквадратный полосовой фильтр. fo=V№, Qhl(h-h), fi=Q/K. С, = С2=С, /?,=/?з=/?,=/?5=л, /?=i/2nfoC. И Кп = 20 (рис. 8.32, а). (б) Соберите эту схему, (в) Проверьте значения fo, fi, Q и Кл. (г) Соберите показанную на рис. 8.32, б схему сумматора и соедините ее с выходами фильтров верхних и нижних частот, (д) Проверьте значения fo, f f, Q и 1 Сп характеристики фильтра-пробки. 6. Биквадратный фильтр, (а) Рассчитайте схему биквадратного полосового фильтра с = 800 Гц, = 820 Гц и Кп = 10 (рис. 8.33). (б) Соберите эту схему, (в) Проверьте значения fo, /1, /2, Q и Кп. 7. Факультативный раздел. Каскадное соединение фильтров, (а) Рассчитайте каскадный фильтр нижних частот Баттерворта третьего порядка. В качестве каскада первого порядка используйте схему из разд. 8.7.1, а в качестве каскада второго порядка - универсальный активный фильтр с изменяемым коэффициентом усиления. Задайте /зд5 = 2 кГц и Кп = 5. Найдите в табл. 8.2 значения а и коэффициента fcp. (б) Соберите эту схему, (в) Проверьте значения ЗдБ> наклон характеристик между частотами 2,5 и 5 кГц. (г) Рассчитайте фильтр верхних частот Чебышева четвертого порядка с неравномерностью 1 дБ. В качестве каскадов второго порядка используйте фильтры Саллена и Кея. Положите /3 = 4 кГц. (д) Соберите схему по п. (г). (е) Проверьте величину/з д5, неравномерность характеристики в децибелах, К и скорость изменения ослабления иа переходном участке (в полосе от 1,5 до 3 кГц). ГЛАВА 9 ИЗБРАННЫЕ СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ Описание различных применений, в которых используются ОУ, может составить содержание нескольких книг. В этой главе будут рассмотрены некоторые схемы следующих типов: пиковый детектор, детектор размаха от пика до пика, детектор нуля сигнала, точный выпрямитель, источник тока, источники напряжения, генератор ступенчато изменяющегося сигнала, генератор синусоидального сигнала с мостом Вина, генератор сигнала прямоугольной формы, генератор сигнала треугольной формы, генератор сигнала линейной пилообразной формы. После изучения материалов этой главы и контрольных вопросов учащийся должен уметь: 1) кратко описать принцип работы каждой из выше перечисленных схем и 2) выполнить лабораторную работу к этой главе. 9.1. ПИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР Выход пикового детектора показывает наибольшее напряжение, наблюдаемое во входном сигнале в заданный период времени до момента возврата схемы в исходное состояние. На рис. 9.1, а показана схема сравнительно простого высококачественного пикового детектора положительного напряжения, а на рис. 9.1,6--его выходной сигнал. Два усилителя (рис. 9.1,а), объединенные общей обратной связью, работают как повторитель с коэффициентом усиления, равным единице. Усилитель У1 -это повторитель с единичным коэффициентом усиления, который заряжает конденсатор С] до пикового значения входного напряжения. Диод Д\ препятствует разряду Ci. Диод Да создает обратную связь для усилителя У1, когда его выход меньше пикового значения напряжения, для того чтобы предотвратить его насыщение. Усилитель У2 - то же повторитель с единичным коэффициентом усиления, действую-Щий в качестве буфера между конденсатором Ci и выходом детектора. Высокое полное входное сопротивление-усилителя Уг разгружает конденсатор Сх от выходной цепи. Там, где требуется длительно хранить пиковое значение напряжения, следует выбирать усилитель Уг с входным каскадом на полевых транзисторах. Резистор Ro.c обеспечивает сопротивление между Свых и напряжением в суммирующей точке У] в тех случаях, /?о с ~ 00 кОм Рис. 9.1. Пиковый детектор. а - схема; б - форма сигналов на входе и выходе: тонкие линии обозначают входной сигнал, толстые - выходной. Возврат когда Ux меньше, чем напряжение на конденсаторе Ucx- Конденсатор Ci (рис. 9.1, а) должен быть выбран так, чтобы /макс/С] Vi, где Vi - скорость нарастания напряжения на выходе усилителя Уг. Если поменять на обратное включение диодов Дх и Дг, то схема рис. 9.1, а становится пиковым детектором отрицательного напрял ния. Кнопка возврата может быть заменена транзисторным ключом. 9.2. ДЕТЕКТОР РАЗМАХА СИГНАЛА ОТ ПИКА ДО ПИКА Точный детектор напряжения от пика до пика может быть построен так, как это показано на рис. 9.2. Выходы положи- Пиковый детектор полокительных значений сигнала ПИкОБый детектор отрицательных значений сигнала Рис. 9.2. Детектор размаха сигнала от пика до пика. тельного и отрицательного пиковых детекторов в этой схеме являются входами дифференциальной схемы, которая алгебраи-I чески складывает положительное и отрицательное значения пиковых напряжений. 9.3. ДЕТЕКТОР НУЛЯ СИГНАЛА (ПРОХОЖДЕНИЯ СИГНАЛА ЧЕРЕЗ НУЛЬ) . : В некоторых электронных системах очень важно обнаружи-к вать момент прохождения сигнала через нуль. Многие системы > с фазовым детектированием используют детектор прохождения сигнала через нуль для получения информации об относительной ф'кзе сигналов. Схема детектора прохождения через нуль приведена на рис. 9.3, а, а зависимость и^ых от Ubx - на рис. 9.3,6). Когда Ubx больше нуля, то выходное напряжение фиксируется падением напряжения па отпертом диоде Дь По мере того как входное напряжение идет к нулю, Д, теряет смещение в прямом направлении. Стабилитрон Ст] еще не начи- нает проводить ток. Поэтому, когда входное напряжение проходит через нуль, коэффициент усиления усилителя оказывается приближенно равным коэффициенту усиления усилителя без обратгной связи, обеспечивая этим хорошую точность обнаруже- ния прохождения сигнала через нуль. Когда входной сигнал отклоняется от нуля в отрицательную сторону, выход усилителя устанавливается на уровне напряжения пробоя стабилитрона. Когда напряжение изменяется от отрицательного к положительному, выходное напряжение меняется от -ff/cn до -С/ди В сущности, это простой компаратор на ОУ. - Прим. ред. Диод Дх выбирается с низким значением падения напряжения в открытом состоянии. Например, в качестве Дх можно взять кремниевый диод с ионным легированием. Если падение напряжения на Дх не критично, то можно ограничиться использованием прямой характеристики стабилитрона, исключив Дх совсем. Входной резистор R выбирается так, чтобы быть уверенным, что источник входного напряжения не нагружается. Для ст,
- /вьи а Рис. 9.3. Детектор нуля. а - схема; б - зависимость fgux ° вх Функции Д, могут выполняться стабилитроном Ст1. того чтобы уменьшить влияние сдвига, вызванного током смещения, можно поместить резистор с тем же сопротивлением, что и R, между неинвертирующим входом усилителя и землей. Чтобы получить отрицательный выход, можно диод Дх и стабилитрон Ст1 включить наоборот). 9.4. ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР Как показано на рис. 9.4, схема, которая может обнаружить разность фаз между опорным и тестируемым сигналами, может быть построена из двух детекторов прохождения сигнала через нуль. Выходные сигналы детекторов прохождения сигналов через нуль в форме, показанной на рис. 9.4, могут быть получены путем дифференцирования выходного сигнала схемы рис. 9.3. Разность фаз опорного и тестируемого сигналов находится измерением разности времен (г - i) между моментами их прохождения через нуль. Генератор стробирующих импульсов может быть выполнен в виде триггера, который устанавливается импульсом в момент и возвращается в исходное состояние импульсом в момент времени /г. Импульс стробирую- Поменять местами анод и катод.- Лрыж. перев. щего генератора имеет длительность (2 - 1) секунд. Генератор стробирующих импульсов отпирает вентиль выборки, который пропускает к счетчику от генератора импульсов непрерывную последовательность импульсов до тех пор, пока на выходе стро-бируюшего генератора существует напряжение. Счетчик подсчитывает импульсы, которые прошли через вентиль выборки в промежутке времени между появлением импульсов в моменты Спорный -j 11 И- Тестируемый сигнал t, i счетчику , IIIIIIIIIIIU Рис. 9.4. Фазовый детектор. -детектор нуля опорного сигнала; 2-детектор нуль тестируемого сигнала 3-генератор стробирующих импульсов; 4 - вентиль выборки; 5 - генератор импульсов. . 1 И ti. Число импульсов, подсчитанное в промежутке времени [(2 - i), пропорционально разности фаз сигналов. Если известен коэффициент пропорциональности К, который определяется генератором импульсов, то разность фаз Аф) удет Аф = оп {2 - i) = X число импульсов. (9.1) 9.5. СХЕМА ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ Модификация пикового детектора, представленного на рис. 9.1, приводит к схеме выборки - хранения, показанной на 1<фис. 9.5, а. Задача схемы выборки - хранения состоит в быстром Заряде конденсатора до значения входного напряжения по поданной команде и удержании этого входного напряжения на выходе в течение продолжительного времени. Схемы выборки хранения используются щироко в системах сбора данных, в про- В радианах. - Прим. перев. 5В Управляющее напряжение ... Щ Рис. 9.5. Схема выборки-хранения. - схема. Уа-ОУ с полевыми транзисторами на входе; б -форма напряжевнй. 1 ... 20 21 22 23 24 25 26 ... 57 |
© 2004-2025 AVTK.RU. Поддержка сайта: +7 495 7950139 в тональном режиме 271761
Копирование материалов разрешено при условии активной ссылки. |