Лабораторный практикум «Система моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench» (стр. 5 )

5.6. Интегратор на ОУ

5.6.1.Соберите схему RC-цепи интегрирующего типа (рис. 2.1) с R = = 335 Ом и С = 162 нФ.

5.6.2. Получите АЧХ исследуемой цепи и определите частоту среза.

5.6.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной частоте среза, амплитудой 5 В и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Обратите внимание на форму выходного сигнала.

5.6.4. Вызовите файл 86.ewb, в котором приведена схема интегратора на ОУ LM741 (рис.5.6). Обратите внимание на то, что емкость конденсатора С и сопротивление резистора R выбраны такими же, как и в исследуемой ранее RC-цепи интегрирующего типа, т. е. R = 335 Ом и С = 162 нФ.

6.5. Получите АЧХ интегратора. По АЧХ определите частоту среза исследуемой схемы, рассчитайте эквивалентную постоянную времени интегратора. Сравните полученное значение с величиной постоянной времени RC-цепи интегрирующего типа, исследуемой в п. 5.6.2.

5.6.6. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной 1Гц, амплитудой 250 мкВ и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Обратите внимание на отсутствие постоянной составляющей во входном сигнале и на наличие постоянной составляющей в выходном сигнале интегратора. Объясните причину появления составляющей в выходном сигнале.

5.6.7. Повторите пункт 5.6.6 для идеального ОУ. Сравните осциллограммы выходных сигналов интеграторов на ОУ LM741 и на идеальном ОУ. Объясните их отличие.

5.7. Исследование дифференциатора на ОУ

5.7.1. Соберите схему RC-цепи дифференцирующего типа (рис. 2.2) с R = 10 кОм и С = 500 нФ.

5.7.2. Получите АЧХ исследуемой цепи и определите ее частоту среза.

5.7.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной частоте среза, амплитудой 5 В и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Обратите внимание на форму выходного сигнала.

5.7.4. Вызовите файл 5_7.ewb, в котором приведена схема дифференциатора на ОУ LM741 (рис. 5.7). Обратите внимание на то, что емкость конденсатора С и сопротивление резистора R выбраны такими же, как и в исследуемой ранее RC-цепи дифференцирующего типа, т. е. R=10 кОм и С = 500 нФ.

5.7.5. Получите АЧХ дифференциатора и определите частоту среза исследуемой схемы, рассчитайте эквивалентную постоянную времени дифференциатора. Сравните полученное значение с величиной постоянной времени RC-цепи дифференцирующего типа, исследуемой в п.5.7.2.

5.7.6. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной 316 Гц, амплитудой 250мВ и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи.

6. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

6.1. RC-генератор с мостом Вина

6.1.1. Вызовите файл 6_1.ewb, в котором приведена схема моста Вина (рис. 6.1).

6.1.2. Получите АЧХ и ФЧХ моста Вина. Определите по АЧХ частоту, на которой коэффициент передачи моста максимален. Сравните ее с теоретическим значением, рассчитанным по формуле

6.1.3. Получите переходную характеристику моста Вина. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования 500Гц, амплитудой 10 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.1.4. Вызовите файл 6_2.ewb, в котором приведена схема регенеративного усилителя с мостом Вина (рис. 6.2). Регенеративный усилитель содержит цепи двух типов обратной связи – отрицательной и положительной. Отрицательная обратная связь образована резисторами R4 и R5, положительная – мостом Вина. Коэффициент усиления сигнала по инвертирующему входу, к которому подключен генератор, может регулироваться изменением сопротивления резистора R4. Коэффициент усиления усилителя по неинвертирующему входу, на который поступает сигнал с моста Вина, на единицу больше, чем по инвертирующему входу.

6.1.5. Отключите от выхода усилителя цепь положительной обратной связи (вход моста Вина). Получите АЧХ усилителя. Определите коэффициент усиления усилителя по инвертирующему входу на частоте , на которой коэффициент передачи моста Вина максимален.

6.1.6. Получите переходную характеристику усилителя. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования 500 Гц, амплитудой 1 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.1.7. Изменив величину сопротивления резистора R4, установите коэффициент усиления усилителя равным 1.5. Напоминаем, что по неинвертирующему входу коэффициент усиления будет равен 2.5.

6.1.8. Снимите в соответствии с пунктом 6.1.6 переходную характеристику. Убедитесь в том, что и в этом случае переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.1.9. Подключите к выходу усилителя вход моста Вина. Снимите в соответствии с пунктом 6.1.6 переходную характеристику. Убедитесь в том, что в этом случае переходная характеристика приобретает колебательный характер.

6.1.10. Получите АЧХ усилителя. Определите частоту, на которой коэффициент усиления усилителя имеет наибольшее значение.

6.1.11. Изменяя величину сопротивления резистора R4 в сторону увеличения коэффициента усиления, наблюдайте изменение переходной характеристики усилителя и его АЧХ. Обратите внимание на то, что переходная характеристика будет все более отчетливо носить колебательный характер, а АЧХ все больше будет приближаться к АЧХ резонансного усилителя. При коэффициенте усиления усилителя K > 3 происходит генерация.

6.1.12. Уменьшив амплитуду сигнала, формируемого генератором испытательных сигналов, до нуля, убедитесь в возникновении генерации. Обратите внимание на постепенное нарастание амплитуды выходных колебаний при возникновении генерации и одновременное искажение их формы.

6.1.13. Вызовите файл 6_3.ewb, в котором приведена схема RC-генератора с мостом Вина и отрицательной нелинейной обратной связью (рис. 6.3). Убедитесь в том, что в этом случае колебания по форме приближаются к синусоидальным.

6.2. RC-генератор с трехзвенной фазосдвигающей цепью

6.2.1. Вызовите файл 6_4.ewb, в котором приведена схема трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель (рис. 6.4).

6.2.2. Получите АЧХ и ФЧХ трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель. Определите частоту, на которой сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного составляет -π. Сравните экспериментально полученное значение частоты с теоретическим значением, рассчитанным по формуле . Определите коэффициент передачи трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель на этой частоте.

6.2.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального напряжения с частотой и амплитудой 29В. По осциллограммам входного и выходного сигналов определите коэффициент передачи трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель на частоте . Убедитесь в том, что сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного на этой частоте равен -π, а коэффициент передачи соответствует ранее полученному значению.

6.2.4. Получите переходную характеристику трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования 500 Гц, амплитудой 10 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.2.5. Вызовите файл 6_5.ewb, в котором приведена схема трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель, к выходу которой подключен инвертирующий усилитель (рис. 6.5).

В этой схеме коэффициент усиления усилителя по напряжению определяется цепью отрицательной обратной связи по напряжению, образованной резисторами R3, R4, R5. Он может изменяться, например, изменением сопротвления резистора R5. Такой вид обратной связи приводит к уменьшению входного сопротивления усилителя до величины Rвх = R4. В результате RC-цепь со стороны ее выхода оказывается нагруженной на входное сопротивления усилителя. При R3 = 1.5 кОм это приводило бы к отклонению частоты генерации от расчетной. Чтобы это не происходило, резисторы R3 и R4 выбраны такими, что сопротивление кОм.

6.2.6. Получите АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя. Определите коэффициент передачи усилителя на частоте и фазовый сдвиг выходного сигнала усилителя относительно входного сигнала на этой же частоте.