3.3. Исследование последовательного колебательного контура

3.3.1. Запустите программу Electronics Workbench. Соберите схему для исследования последовательного колебательного контура (рис.3.3).

Рассчитайте значение индуктивности L1 катушки индуктивности для случая резонансной частоты f₀ = 250 кГц (С1 = 1нФ), волновое сопротивление ρ контура, его затухание d (для случая сопротивления потерь R1 = 10 Ом) и добротность Q по формулам:

3.3.2. Получите АЧХ и ФЧХ исследуемого контура. По АЧХ определите резонансную частоту f_0и, полосу пропускания Δf_и и рассчитайте добротность контура Q_и. Сравните полученные значения с расчетными.

3.3.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой f=500 Гц, скважностью q = 2 и амплитудой U_п = 1 В.

3.3.4. Получите осциллограмму переходной характеристики исследуемого контура и определите по этой характеристике частоту свободных колебаний f_сви, сравните ее с резонансной частотой.

3.3.5. Повторите пункты 3.3.3 и 3.3.4 для резонансного контура с сопротивлением потерь R1 = 1 Ом. Сопоставьте результаты, полученные в пунктах 3.3.3, 3.3.4 и 3.3.5.

4. Отчет

В отчет необходимо включить:

• цель лабораторной работы;

• схемы подключения приборов для исследования линейных цепей;

• таблицы экспериментальных значений;

• амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, построенные по экспериментальным данным;

• полученные из АЧХ и ФЧХ значения граничных частот и постоянных времени исследуемых линейных систем;

• полученные из переходных характеристик значения постоянных времени исследуемых линейных систем;

• заданное значение резонансной частоты f₀ колебательного контура, формулы и рассчитанные по ним параметры L1, ρ, d, Q;

• АЧХ и ФЧХ, измеренные по ним резонансную частоту f_0и, полосу пропускания Δf_и и добротность Q_и колебательного контура;

• осциллограммы переходных характеристик колебательного контура и вычисленные по ним частоты f_сви свободных колебаний;

• выводы.

5. Вопросы и задания для самопроверки

• Какая характеристика связывает между собой временные представления входного и выходного сигналов линейной системы?

• Какая характеристика связывает между собой спектральные представления входного и выходного сигналов линейной системы?

• Дайте определение импульсной и переходной характеристик.

• Дайте определение комплексного коэффициента передачи.

• Что показывает АЧХ и ФЧХ линейных систем?

• Дайте определение полосы пропускания линейной цепи.

• Почему RC-цепь интегрирующего типа можно классифицировать как фильтр нижних частот?

• Каким образом можно измерить АЧХ и ФЧХ линейной системы?

• Каким образом по переходной характеристике можно определить постоянную времени RC-цепи?

6. Литература

1. Морозов А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техника: Учеб. Пособие для инженерно-эконом. спец. вузов. – М.: Высш. Шк., 1987. -448с.

2. Электротехника и электроника: Учебник для сред. проф. образования/Б.И. Петленко, Ю.М. Иньков, А.В. Крашенинников и др.; Под ред. Б.И. Петленко. – М.; Издательский центр «Академия», 2003. – 320 с.

Лабораторная работа №3. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Используемые модули: №№ 1, 9, 13

1. Цель лабораторной работы

Цель лабораторной работы:

• изучить основные характеристики операционного усилителя;

• исследовать типовые аналоговые устройства на базе операционных усилителей.

2. Сведения из теории

О перационный усилитель (ОУ) – это усилитель постоянного тока c очень большим коэффициентом усиления и дифференциальным входом.

В литературе широко распространено условное графическое обозначение ОУ в виде треугольника, вершина которого показывает направление передачи сигнала, знак (+) указывает на неинвертирующий вход, а знак "–" – на инвертирующий (рис.2.1, а). В технической документации ОУ обозначают прямоугольником, у которого инвертирующий вход обозначают кружком (рис.2.1, б). Встречается также обозначение ОУ, показанное на рис.2.1, в.

Кроме входных и выходных сигнальных выводов ОУ содержит также выводы для подключения источников питания и выводы для коррекции работы ОУ. Эти выводы на схемах, как правило, не изображаются.

Входы ОУ называются дифференциальными (разностными) входами, так как ОУ является дифференциальным усилителем. Его выходное напряжение U_вых усилителя зависит от разности напряжений на этих входах U_р = U₊ – U_- и коэффициента усиления К₀ усилителя, т.е. U_вых = К₀ U_р = К₀(U₊ – U_-). Из этого выражения видно, что выходное напряжение изменяется в положительном направлении (U_вых> 0), если напряжение на входе (+) более положительно, чем на входе (–), т.е. когда (U₊ – U_-)> 0. При смене полярности U_р, когда напряжение на входе (+) более отрицательно, чем на входе (–), U_вых становится отрицательным. Таким образом, полярность выходного напряжения совпадает с полярностью напряжения на входе (+) и инверсна (противоположна) полярности напряжения на входе (–). Поэтому вход (–) называется инвертирующим входом, а вход (+) – неинвертирующим входом.

ОУ обладают очень большим коэффициентом усиления по напряжению и практически никогда не используются без обратной связи. При наличии замкнутой цепи отрицательной обратной связи характеристики операционной схемы (схемы, реализованной на ОУ с цепью отрицательной обратной связи) зависят только от схемы отрицательной обратной связи.