Рисунок 9.5. – Лабораторний макет

7. Осцилограф С1-67 або С1-86.

8. Вимірювач нелінійних спотворень С6-5 або С6-7.

Короткi методичнi вказiвки до вимiрiв

та подання результатiв

1. Для дослiдження амплiтудної характеристики необхiдно S2 встановити в положення 2 (рис.9.5), а рiвень вхiдної постiйної напруги змiнювати резистором R11. Рiвень вхiдної напруги i її полярнiсть вимiрювати на входах Х4, Х5 цифровим вольтметром постiйного струму. Звернути увагу на характер змiни вихiдної напруги при різних опорах навантаження S5. Визначити за амплiтудною характеристикою коефіцієнт пiдсилення схеми. Зафiксувати значення постійної вихiдної напруги при Uвх = 0.

2. При дослiдженнi АЧХ рiвень вхiдного сигналу необхiдно вибирати таким, щоб були вiдсутнi помiтнi спотворення вихiдного сигналу. Перемикач S4 встановити в положення, яке вiдповiдає мінімальній корректуючій ємностi. Резистори R5 i R15 закоротити. Побудову АЧХ проводити в логарифмiчному масштабi.

3. Вхiдний i вихiдний опiр визначити на частотi сигналу 1кГц за допомогою резисторiв R5 та R15 за методикою, яка викладена в лабораторнiй роботi № 2. Номiнал резистора R5, при подачі сигналу вiд генератора на вхід Х2, пiдiбрати таким чином, щоб сигнал на вході Х1 був в два рази менший за сигнал, який подається з генератора, у цьому випадку Rвх = R5. При визначеннi Rвих, попередньо, вимiряти вихiдну напругу при вiдімкненому навантаженнi. Потiм пiдключити навантаження i змiнюючи R15 домогтись значення вихiдної напруги, що дорівнює 0,5 Uвих без навантаження. Очевидно, що в такому випадку буде виконуватись умова:

Rвих + R14 + R15 = Rн ; Rвих = Rн - R14 - R15.

Опори резисторiв R5 та R15 вимiряти омметром.

Вихідний опір (Rвих ) можна також визначити при замороченому R15. В цьому випадку

Rвих = Rн - R14,

де U^*_вих - вихідна напруга при відключеному R4 (S5 в положенні 1),

U_вих – вихідна напруга при підключенні R4

Оформлення звiту

Оформлення звіту необхідно виконати згiдно вимог викладених у вступної частини даного посібника.

Контрольнi запитання

1. Наведіть значення основних параметрів ОП, використаного в макетi (R_вх, R_вих, K₀, F_од).

2. Наведіть розрахунковi вирази коефiцiєнтiв пiдсилення для iнвертувального та неiнвертувального ввімкнення ОП, а також їх конкретнi значення для номиналiв, вказаних на макетi при рiзнiй глибинi вiд’ємного зворотного зв’язку.

3. Наведіть амплiтудну характеристику ОП при живленнi однополярним джерелом.

4. Яке призначення елементiв R6, R8, R9?

5. Яке призначення дiодiв VD1,VD2?

6. Яке призначення резистора R14?

7. Яка форма АЧХ та ФЧХ некоректованого ОП?

8. Поясніть у чому полягає принцип корекцiї АЧХ ОП коректуючою RC - ланкою?

9. Як змiнюється вхiдний опiр схеми при iнвертувальному та неiнвертувальному ввімкненні?

10. Чому ОП рідко використовується як підсилювач сигналів при розімкненому колі ЗЗ?

Лабораторна робота № 10

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛОГАРИФМУЮЧИХ, АНТИЛОГАРИФМУЮЧИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ ТА АНАЛОГОВИХ ПРИМНОЖУВАЧІВ СИГНАЛІВ

Мета роботи – вивчити методику визначення основних параметрів, експериментально дослідити характеристики логарифмуючого (логаріфмаатор), антилогарифмуючого (антилогарифматор) підсилювачів та аналогових перемножувачів сигналів.

Короткі теоретичні відомості

Аналогові перемножувачі є основною таких перетворювачів сигналів, як балансні, амплітудні та односмугові модулятори; АМ-, ЧМ-, ФМ-демодулятори, помножувачі та подільники частоти; квадратичні детектори тощо.

У лабораторному макеті реалізується такий спосіб множення сигналів (рис 10.1). Співмножники у вигляді напруг U_х, U_у поступають на входи логарифматорів ЛП1, ЛП2. Вихідна напруга lnU_х, lnU_у складаються (суматор Σ) та поступають на антилогарифматор Ан.ЛП. Вихідна напруга підсилювача Ан.ЛП прямо пропорційний добутку U_хU_у.

Рисунок 10.1 – Перемножувач сигналів

Основні структурні ланки перемножувала (рис. 10.1) – це логарифматор та антилогарифматор.

У колі ЗЗ ОП логарифматора (рис. 10.2) запроваджені нелінійні елементи з логарифмічною ВАХ.

Рисунок 10.2 - Логарифматор

Відомо, що струм І_Д і напруга U_g напівпровідникового діода зв’язані такими співвідношеннями:

І_g ≈ І₀

де І₀ – зворотний струм закритого p-n переходу; φ_т – температурний потенціал (φ_т = 26 мВ при 25 ^оС).

Якщо напруга: U_вх має позиивний знак, відкривається діод VD1, якщо U_вх має негативний знак – діод VD2.

В обох випадках струм через діоди

напруга на діодах

U_g ≈ U_вих.

Отже,

≈ І₀, U_вих≈

Антилогарифмічну ланку можна побудувати, якщо резистор R та діоди VD1, VD2 у схемі (рис .10.2) поміняти місцями. У підсилювачі (рис. 10.3) при надходженні позитивної за знаком напруги U_вх відкривається діод VD1, негативної – VD2. Провівши аналіз так, як це зроблено вище, приходимо до висновку, що вихідна і вхідна напруга в антилогарифматорі зв’язані співвідношеннями

U_вих ≈ R І₀.

Підсилювачі, які використовуються в роботі, мають недоліки: порівняно велику похибку перетворення, малий динамічний діапазон вхідної напруги, температурну залежність вихідної напруги. Більш складні схеми позбавлені цих вад.

Рисунок 10.3 - Антилогарифматор

Логарифматори та антилогарифматори, крім аналогових перемножувачів, застосовуються також у пристроях компресії та декомпресії сигналів, інших нелінійних перетворювачах.

Для зменшення похибки множення застосовують спеціалізовані ІМС. У лабораторному макеті використана одна з подібних ІМС – КІ40МАІ.

Балансні модулятори (рис. 10.4), які побудовані на ідеальному перемножувачі, мають вхідні напруги:

U_x = U_x cos 2πf₁t,

U_y = U_ycos 2πf₂t.

Рисунок 10.4 – Аналоговий перемножувач

Тоді вихідна напруга

U_z = kU_xU_y = 0,5kU_xU_y[cos2π(f₂ – f₁)t + cos2π(f₂­ +f₁)t].

З останнього бачимо, що напруга U_z – сума двох гармонічних складових з сумарною та різницевою частотами. У випадку частотно-залежного навантаження (коливальний ІС – контур, RC - коло) одна з гармонічних складових може бути подавлена.

У режимі квадратора (рис. 10.5) реалізується широкосмугове подвоєння частоти. Дійсно,

U_x= U_y = Ucos 2πft; U_z = kU_xU_y = 0,5kU²[1+cos 4πft].

Після фільтрації постійної складової

U_вих = 0,5kU²сos 2πf_вих t; f_вих = 2f.

Рисунок 10.5 - Квадратор

Важливою перевагою ідеального аналогового перемножувала є його здатність подавляти на виході сигнали прямого проходження, тобто сигнали з частотами напруг U_x, U_y.

Перемножуваи на ІМС КІ40МАІ за своїми властивостями наближається до ідеального. Його недоліком є малий динамічний діапазон вхідних напруг.

Опис лабораторного макету

Лабораторний макет (рис.10.6) складається з двох логарифматорів (зібрані на ІМС DA1, DA2), суматора (DA4) та антилогарифматора (DA3). Окремо на макеті зібраний аналоговий перемножував на ІМС К140МАІ.

Переводячи у відповідне положення тумблери SA1….SA5, окремо досліджують нелінійні підсилювачі та суматор. За допомогою потенціометричних подільників на резисторах R2, R5 на входи підсилювачів можна подати постійні напруги обох полярностей. Резистори R9, R10 балансують підсилювачі при відсутності вхідних сигналів.

Резистором R15 виконується балансування аналогового перемножувала на ІМС К140МАІ. Тумблером SA8 до його виходу підключається конденсатор С5.

Напруги живлення ± 15В на нелінійні підсилювачі та суматори подається за допомогою тумблера SA6, на аналоговий суматор на ІМС – SA7.

Вимірювальна апаратура підключаєься до макета через контрольні точки КТ1 .... КТ14.

Домашнє завдання

1. Вивчити теоретичні положення, повторити лекційний матеріал з даної теми.

2. Ознайомитись зі схемою лабораторного макета, призначенням органів управління. Ознайомитись з приладами та обладнанням, які необхідні для роботи.

3. Розробити методику визначення основних показників та характеристик вузлів макета згідно з програмою експериментальних досліджень.

Програма експериментальних досліджень.­

1. Підключити лабораторний макет до джерела живлення ±15 В. Подати живлення на нелінійні підсилювачі та суматор.

2. Дослідити логарифматор.

2.1. Зробити балансування підсилювача.

2.2. Подати від ГНЧ на вхід логарифматора сигнал частотою 1 кГц та амплітудою 150 мВ; 500 мВ; 1,5 В; 5 В. Зарисувати осцилограми вихідної напруги та вказати її значення.

2.3. Подати на вхід логарифматора постійну напругу. Зняти залежність U_вих = ψ(U_вх).