Файл: Лабник по схемотехнике.doc

Для построения полосовых фильтров очень часто используют Т-мост (табл. 7.1, cх. № 4), при этом удобно выбирать С₁ = С₂. На частоте w₀ = = 1/(R₁R₂C₁C₂)^0.5 мост имеет максимум коэффициента передачи сигнала К_2-3 = u₃/u₂, одновременно К_1-3 = u₃/u₁ на этой частоте имеет минимум. При организации АФ-ПП (табл. 7.3, сх. № 3) Т-мост точками 1, 3 включается в цепь отрицательной обратной связи, в точку 2 включен источник сигнала. В цепи положительной обратной связи используется частотно-независимое звено – делитель R₅–R₆. Варьируя глубину положительной ОС с помощью делителя R₅–R₆ можно изменять коэффициент усиления АФ и его добротность. АФ с Т-мостом является фильтром II порядка. Его АЧХ представлена в табл. 7.3.

Заграждающий полосовой фильтр на основе Т-моста (см. табл. 7.3, сх. № 6) строят по аналогии с ПЗ активным фильтром на основе моста Вина путем подачи сигнала через частотно-зависимое и частотно-независимое плечи на неинвертирующий и инвертирующий входы ОУ. На частоте резонанса w₀ сигналы на обоих входах ОУ идентичны, что и приводит к существенному ослаблению сигнала на выходе усилителя. Ослабление может достигать 40 дБ. Варьируя с помощью делителя R₅–R₆ глубину положительной обратной связи, можно изменять ширину полосы заграждения и степень подавления сигнала. Фильтр является фильтром II порядка, его уравнение приведено в табл. 7.3.

Задание

Перед выполнением задания необходимо ознакомиться с описанием исходного усилителя и методикой проведения работы по описанию лаб. раб. № 6.

1. Снять амплитудную характеристику усилителя без обратных связей. Определить диапазон выходных напряжений, при которых усилитель остается в области линейности передаточной характеристики.

2. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя без обратных связей.

3. Снять зависимость коэффициента передачи по напряжению от частоты сигнала для усилителя АФ нижних (верхних) частот. Фильтр задается преподавателем. Определить коэффициент передачи по напряжению фильтра в области пропускания и граничную частоту, сравнить с расчетными данными.

4. Снять зависимость коэффициента передачи по напряжению от частоты сигнала для полосового АФ. Цепь ОС и схема включения задается преподавателем. Измерения провести для трех значений делителя в цепи частотно-независимой ОС, либо подстройки в случае 2Т-моста. По всем результатам измерений оценить частоту резонанса, полосу пропускания (заграждения), добротность, коэффициенты передачи по напряжению в зависимости от подстроек. Сравнить с расчетными данными.

5. Для АФ-ПП и цепей Салена-Кея добиться возбуждения гармонических колебаний в усилителе путем изменения глубины ОС. Оценить частоту генерации с помощью осциллографа, сравнить с расчетной величиной.

Библиографический список

1. Алексенко А.Г. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь, 1990. С. 398–408.

2. Мошиц Г., Хорн П. Проектирование активных фильтров: Перевод с английского. – М.: Мир, 1984. С. 13 – 26, 50 – 68.

3. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. – М.: Телеком, 1999.

4. Справочник по расчету и проектированию АRC-схем / Под ред. А.А. Ланне. – М.: Радио и связь, 1984.

Лабораторная работа № 8 стабилизаторы постоянного напряжения

Цель работы – приобретение навыков по построению стабилизаторов напряжения параллельного и последовательного типов и изучение их основных характеристик.

Основные параметры стабилизаторов напряжения

Стабилизатором напряжения (СН) называется устройство, способное поддерживать напряжение в нагрузке неизменным (с определенной степенью точности) при воздействии различных дестабилизирующих факторов. Такими факторами, как правило, являются изменения напряжения источника питания (входного напряжения U₁) и изменение тока нагрузки DI_Н. Основными параметрами СН считаются:

• напряжение выходное (стабилизированное напряжение ) – U₂;

• диапазон рабочих токов нагрузки – (I_{Н min} – I_{Н max});

• диапазон входных (нестабильных) напряжений – (U_{1 max} – U_{1 min});

• коэффициент нестабильности по напряжению (% / B), измеряемый как отношение относительного изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению входного напряжения (при U₁ = const):

K_НU = (DU ₂ / U ₂ )×100% / DU ₁;

• коэффициент нестабильности по току (%), измеряемый как отношение относительной нестабильности выходного напряжения к вызвавшему его относительному изменению выходного тока:

K_НI = (DU ₂ / U ₂) ×100% / (DI _Н / I _Н);

• ток собственного потребления (I_ПОТ);

• коэффициент полезного действия (КПД).

Характерной особенностью всех СН является их малое выходное сопротивление (в идеале – схема стремится к источнику ЭДС)

r_ВЫХ = DU₂ / DI_Н | _{U1 = CONST}.

Для стабилизации напряжения могут использоваться непосредственно

стабилитроны. В этом случае используется участок вольт-амперной характеристики с малым дифференциальным сопротивлением (область пробоя или участок прямой ветви). Такие СН называются параметрическими и, как правило, они работают при малых токах нагрузки. В большинстве же случаев СН строятся на основе усилителей постоянного тока, охваченных глубокой отрицательной обратной связью по напряжению. В них параметрический диод используется как источник опорного (образцового) напряжения.

В зависимости от того, как регулирующий элемент СН включен по отношению к нагрузке, все стабилизаторы делятся на СН параллельного и СН последовательного типов. У первых нагрузка подключена параллельно регулирующему элементу, а у вторых – последовательно с ним. Это и определяет их эксплуатационные особенности: СН параллельного типа не боятся короткого замыкания в нагрузке, но имеют меньший КПД. СН последовательного типа имеют высокий КПД, но боятся короткого замыкания в нагрузке, если не принять специальных мер.

Параметрический стабилизатор напряжения

Суть работы такого СН (рис.8.1) состоит в том, что напряжение нагрузки равняется напряжению стабилитрона U₂ = U_Д.

Последний работает на участке пробоя (рис.8.3), где малому изменению напряжения соответствует значительное изменение тока диода. Дифференциальное сопротивление диода r_Д = DU_Д/DI_Д на этом участке составляет единицы-десятки Ом в зависимости от тока диода, напряжения пробоя и ряда других факторов. Схема является стабилизатором параллельного типа и между входным и выходным токами существует соотношение I₁ = I_Д + I_Н (Рис. 8.1).

Схема работает следующим образом: увеличение напряжения питания U₁ приводит к увеличению тока I₁ = (U₁ – U_Д) / R₀. Однако U_Д » const, и приращение тока I₁ вызовет практически такое же приращение тока диода и мало изменит ток (напряжение) в нагрузке (рис.8.3,а). С другой

стороны, изменение величины резистора R_Н (например, его уменьшение) приведет к изменению тока нагрузки (его увеличению), что в свою очередь изменит (уменьшит) ток стабилитрона (рис.8.3, б). Важно, чтобы при таких изменениях стабилитрон оставался на участке пробоя. В этом случае напряжение в нагрузке останется практически постоянным, а DI_Н » » –DI_Д. Графические построения для анализа работы стабилизатора при изменении U₁ и при изменении R_Н представлены на рис.8.3,бив, соответственно.

Для нахождения параметров K_НU и K_НI   СН (рис. 8.1) можно представить в виде эквивалентной схемы замещения (рис. 8.2), которая справедлива для малых приращений напряжений (токов). Из схемы замещения следует, что выходное сопротивление стабилизатора составляет

r_ВЫХ = R₀½½r_Д » r_Д,

поскольку R₀ всегда выбирается существенно больше r_Д. Для определения K_НU необходимо найти отношение DU₂ / DU₁, которое легко получается из анализа рис. 8.2:

DU₂ / DU₁ = (R_Н½½r_Д) / (R₀ + R_Н½½r_Д) @ r_Д / R₀.

После чего

K_НU = (DU ₂ / U ₂) ×100% / DU ₁ = (r_Д / R₀ U₂) ×100%.

Для маломощных стабилитронов r_Д составляет 5 – 20 Ом, R₀ выбирают порядка нескольких сотен Ом, U₂ составляет 5 – 15 В при отношенииU₂/U₁ = 0,4 – 0,8. В таком случае типичное значение K_НU находится в пределах 0.5 – 2 % / B, а КПД = 20 – 40 %. Обычно средний ток нагрузки примерно равен половине максимально допустимого тока стабилитрона и составляет единицы – десятки миллиампер.

Коэффициент нестабильности по току

K_НI= (DU ₂/U ₂)×100% / (DI _Н/I _Н) = (r_ДI_Н/U₂)×100% = (r_Д/R_Н)×100%

тем меньше, чем меньше r_Д и имеет величину порядка 2 – 5 %.

Однокаскадные стабилизаторы

Для обеспечения более низких значений K_НU, K_НI, r_ВЫХ используют схемы СН с усилительными элементами, в качестве которых выступают одно- и многокаскадные усилители постоянного тока, в том числе и операционные усилители. При этом напряжение на нагрузке сравнивается с напряжением опорного (эталонного) элемента – стабилитрона. Разность напряжений усиливается усилителем и так управляет выходным элементом, что напряжение на выходе остается практически постоянным и пропорциональным напряжению опорного элемента. Глубокая отрицательная обратная связь по напряжению обеспечивает малое выходное сопротивление СН. Для таких устройств справедливы все соотношения, характерные для схем с отрицательными обратными связями по напряжению (см. лаб. работу № 6).