Дифференцирующий усилитель

Схема дифференцирующего усилителя показана на рис.16.

Если предположить,что ОУ идеален,то ток через сопротивление обратной связи можно считать равным току через конденсатор

(46)

Решая последнее относительно выходного напряжения схемы,получим

(47)

Выходное напряжение рассмотренной схемы пропорционально скорости изменения входного напряжения.

Уменьшение реактивного сопротивления конденсатора с увеличением частоты приводит к тому,что схема имеет высокий коэффициент усиления по отношению к высокочастотным составляющим шума на входе схемы,что снижает отношение сигнал/шум на выходе схемы.

Roc

Uвх

C



Uвых

Uд

Рис.16. Схема дифференцирующего усилителя

Кроме того,эта схема имеет тенденцию к потере устойчивости в той области частот , где частотная характеристика дифференцирующего усилителя (имеющая подъем +20дБ/дек) пересекается , с имеющей спад -20дБ/дек , характеристикой скорректированного ОУ (рис.17а).Это означает ,что частотная характеристика имеет в некоторой части своего частотного диапазона спад -40дБ/дек, а при этих условиях ,как было сказано выше,возможно самовозбуждение.

Для устранения названных недостатков ,на практике используют схему скорректированного дифференциального усилителя (рис.17а).

Следует отметить,что частотная характеристика схемы(рис.17б) является характеристикой активного полосового фильтра с крутизной спадов 20дБ/дек.

a) б) С Roc

Ku ,дБ

Rк

Cк

-40дБ/дек

-20дБ/дек  Uвых

+20

f ,дек

АЧХ скорректированного ОУ

АЧХ дифференцирующего усилителя

Рис.17. а) Схема скорректированного дифференцирующего усилителя

б) Частотная характеристика нескорректированного дифференцирующего усилителя

ОПИСАНИЕ МАКЕТА

Макет выполнен в виде отдельного устройства. Для работы необходимы два источника питания с напряжениями +15 и -15В.Формирование дополнительных напряжений,необходимых для исследования , осуществляется внутренними стабилизаторами макета.

Органы управления макета и необходимые коммутационные гнезда располагаются на передней панели.

Основная коммутация схем осуществляется переключателем П1,расположенным в центре передней панели макета.Гнезда для дополнительных соединений,необходимых для подачи входных сигналов на исследуемые схемы,а также контрольные выходы схем выведены на разъем,расположенный в нижней части передней панели.

ВНИМАНИЕ. С целью предотвращения выхода из строя ОУ,используемых в макете,не допускается замыкание на корпус макета выходов исследуемых схем.

Перед подачей на вход ГИ макета сигналов с генератора Г5-54 необходимо проконтролировать его выходные сигналы на осциллографе и убедиться в соответствии их параметров требованиям практической части методических указаний.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подключить питание к стенду . Собрать схему соответствующую рис.18, для исследования параллельной коррекции в предвыходном каскаде.

Rвх Roc

Г1

9 5

 Г12

10 12

Rк

Г18

Ск

Г24

Рис.18. Схема параллельной коррекции

(переключатель П1 в положении 1,В2-в положении 1)

Подать с генератора Г5-54 на гнездо ГИ (вход триггера со счетным входом) импульсы с параметрами: частота 2кГц, полярность-положительная,амплитуда 6В,длительность 10мкс,задержка 50мкс.Установить движок потенциометра R5 в крайнее положение по часовой стрелке (потенциометр регулирует амплитуду напряжения снимаемого с триггера). Замерить с помощью осциллографа параметры импульсов на выходе триггера (гнездо Г17). Измеряемые параметры: период следования,длительность импульса,длительность фронта,амплитуда.

2. Установить осциллограф в режим внешней синхронизации от Г5-54.Соединить также Г17 с входом ОУ (гнездо Г1).Подключить к выходу ОУ (Г12) и измерить указанные выше папаметры импульсов на выходе ОУ , обращая внимание на соотношение полярностей импульсов на входе и выходе ОУ.

Вращая ручку потенциометра R5 установить ОУ в линейный режим работы. Момент установки определяется по линейной зависимости выходного напряжения от положения движка потенциометра R5 и по максимальной величине возбуждения.Отметить и зарисовать наличие возбуждения на выходе ОУ.

3. Устанавливая конденсаторы различных номиналов в цепь параллельной коррекции (гнезда Г18 и Г24) , добиться устранения возбуждения при минимально возможной емкости.Одновременно подбирать необходимую величину Rк.После осуществления коррекции,не меняя Ск и Rк,установить движок потенциометра R5 в крайнее положение по часовой стрелке. Замерить длительность фронта выходного импульса с максимально возможной точностью.

4. Собрать схему для исследования коррекции в цепи ОС (рис.19).

Rвх Roc

Г2

18 24

Rкор

Cкор

5

 5

Г12

10

Рис.19. Схема коррекции в цепи ОС

(Переключатель П1 в положении 2, В2-в положении 2)

Подать импульсы на вход схемы,для чего соединить гнезда Г17 и Г2 .Установить линейный режим работы ОУ так ,как показано в п.2.Повторить п.3 для схемы коррекции цепи ОС.

Примечание:При подборе минимальной Скор. учитывать то что из-за паразитных связей в монтажной схеме на выходе ОУ остается некоторый уровень помех,не устраняемых корректирующей цепочкой.

5. Собрать схему коррекции на входе (рис.20).

Подать импульсы на вход ОУ для чего соединить гнездо Г17 с гнездом Г3.Установить линейный режим работы ОУ так, как это показано в п.2. Повторить п.3 для схемы с коррекцией на входе с учетом примечания к п.4.

Сравнить величину Скор. и длительности фронтов для всех трех видов коррекции,сделать выводы.

6. Собрать схему интегратора,представленную на рис.15.Для этого переключатель П1 поставить в положение 6. Положение остальных переключателей произвольное.

Rвх Roc

Г3

9

Rкор  5

Г12

Г18 10

Скор

Г24

Рис.20. Схема коррекции на входе

(Переключатель П1 в положении 3,переключатель В2 в положении 3)

Для исследования интегратора подать на вход ГИ макета импульсы с генератора Г5-54 с параметрами: f=2000Гц , полярность положительная , амплитуда 5В,длительность 5 мкс. Замерить параметры импульсов на гнезде Г17 (импульсы с выхода триггера,подаваемые через разделительный конденсатор). Потенциометр R5 установить в крайнее положение по часовой стрелке. Подать эти импульсы на вход интегратора,для чего соединить гнездо Г17 с гнездом Г8.Подключить осциллограф к выходу ОУ (Г12).Зарисовать полученное пилообразное напряжение и замерить его параметры ( длительность и амплитуду пилы). Сравнить длительность пилы с длительностью импульса на гнезде Г17.

Изменяя частоту входных импульсов ( с генератора Г5-54),снять зависимость амплитуды пилообразного напряжения от частоты и отметить частоту , при которой линейная зависимость между амплитудой и периодом следования импульсов существенно нарушается.Объяснить полученные результаты.

Не отключая генератора Г5-54,перейти к следующему пункту.

7. Собрать схему реального дифференциатора , представленную на рис.17б.Для этого переключатель П1 поставить в положение 7.

Подать на вход дифференциатора (Г9) импульсы с гнезда Г20,для чего соединить эти гнезда. Зарисовать форму импульсов с направлением перепадов импульсов на входе.Объяснить полученные результаты.