Схеми досліджуваних активних фільтрів

1.

= 10 кОм, =1 нФ.

2.

= 10 кОм, =1 нФ.

 

 

3.

=10 кОм, =2,2 нФ, =0,47 нФ

 

 

4.

=3,9 кОм,

=6,8 нФ

 

=10кОм, =4,7кОм,

= 100 Ом, =10нФ

6.

=51 кОм, = =10 кОм,

= 5,1 кОм, =43 кОм, =1нФ, =2нФ

 

Звіт повинен містити:

1. Графіки ЛАЧХ кожного активного фільтру.

2. Результати розрахунків параметрів активних фільтрів.

3. Висновки про об’єм виконаної роботи і відповідність практичних результатів теоретичним.

 

Контрольні тестові питання

 

1. Дайте визначення і класифікацію активних фільтрів.

2. Які основні відмінності між активними і пасивними фільтрами?

3. Де застосовуються режекторні і смугові фільтри?

4. В чому різниця між фільтрами Баттерворта, Чебишева, Бесселя?

5. Що таке ФЧХ активного фільтра?

6. Що таке ЛАЧХ і діаграма Боде?

7. Як впливає збільшення порядку фільтра на його АЧХ?

8. Що таке крутизна АЧХ?

9. Як визначається добротність фільтра?

10. Які вимоги висуваються до ОП, що застосовуються в активних фільтрах?

 

Лабораторна робота №6

Дослідження основних властивостей пристроїв інтегрування і диференціювання радіосигналів

Мета роботи

Експериментальне дослідження основних властивостей аналогових пристроїв інтегрування і диференціювання аналогових сигналів

Теоретичні відомості

Інтегруючі і диференціюючі пристрої аналогових сигналів можуть бути реалізовані на пасивних радіоелементах, на транзисторах або на операційних підсилювачах. Схема пасивного інтегруючого пристрою приведена на рис. 6.1.

Для випадку напруга на виході такого ланцюга дорівнює:

.

(6.1)

Якщо , то

.

(6.2)

Таким чином, для того, щоб коло на рис. 6.1 була інтегратором, необхідно, щоб було малим. Це досягається тим, що постійна часу має бути великою. Проте точність пасивних інтегруючих -кіл невелика і складає одиниці відсотків.

Більш кращі результати по точності забезпечують інтегратори на транзисторах. Проте для створення прецизійних інтеграторів використовують операційні підсилювачі (ОП), в яких вихідний сигнал завдяки досить глибокому зворотному зв'язку практично не залежить від коефіцієнта посилення ОП.

Проста схема інтегратора на ОП приведена на рис. 6.2. Даний інтегратор еквівалентний звичайному -колу в якому значення ємності конденсатора збільшено в разів, а падіння напруги на ньому збільшене в разів, де – коефіцієнт підсилення ОП по напрузі.

 

Таким чином, похибка інтегратора на ОП приблизно в раз менша в порівнянні з простим RC-колом.

Найбільша точність інтегрування досягається, коли час інтегрування , а амплітуда сигналу на вході інтегратора .

Функціональні можливості базової схеми інтегратора можна істотно розширити, змінивши коло зворотного зв'язку і отримуючи: інтегратор з додаванням, інтегратор різниці, подвійний інтегратор та інші.

Основні складові похибок інтегрування при цьому обумовлені напругою зсуву нуля , вхідними струмами ОП, кінцевими значеннями і обмеженою смугою пропускання ОП. Найпростіший диференціююче коло приведено на рис. 6.3.

Напруга на виході RC-кола дорівнює:

.

(6.3)

Похибка диференціювання для схеми на рис. 6.3 складає:

.

(6.4)

Для зменшення необхідне зменшення постійної часу кола . При синусоїдальному вхідному сигналі з частотою точне диференціювання забезпечується при .

Недоліки пасивних диференціюючих пристроїв частково усуваються при використанні ОП. Базова схема диференціюючого пристрою на ОП приведена на рис. 6.4.

При використанні ОП точне диференціювання сигналів утруднене, особливо низькочастотних. Причина – обмежена смуга пропускання і кінцевий коефіцієнт підсилення ОП. Функціональні можливості диференціаторів можна істотно розширити, видозмінивши їх коло зворотного зв'язку.

При цьому можливі наступні варіанти схем диференціаторів: з додаванням, з малим шумом та інші.

 

 

 

 

Рис. 6.1. Схема пасивного інтегратора

 

 

Рис. 6.2 Схема активного інтегратора на ОП

 

 

Рис. 6.3 Схема пасивного диференціатора

 

Рис. 6.4 Схема активного диференціатора на ОП

 

Порядок проведення роботи.

1. Дослідити функціональні можливості інтегратора при синусоїдальному, трикутному і прямокутному сигналах. Дослідити залежність похибки інтегрування від форми сигналу.

2. Для всіх варіантів форми вхідного сигналу дослідити залежність похибки інтегрування від параметрів елементів R і C.

3. Подавши на вхід інтегратора нульову напругу (Uвх=0) дослідити залежність складової похибки інтегрування від напруги зсуву і вхідних струмів операційного підсилювача.

4. Дослідити функціональні можливості диференціатора для двох форм вхідного сигналу: синусоїдального і трикутної.

5. Зняти залежність похибки диференціатора, рис. 6.4 від значення параметрів його елементів R і C для двох форм вхідного сигналу: синусоїдальної і трикутної.

6. Виконати дослідження функціональних можливостей і точності обробки пасивного інтегратора, рис. 6.1 з параметрами RC-кола, які вибирались для активного кола.

7. Виконати дослідження функціональних можливостей і точності обробки пасивного диференціатора, рис. 6.3 з параметрами RC-кола, які вибирались для активного кола.

8. Використовуючи довідкові дані, розрахувати точність обробки аналогових сигналів активним диференціатором і інтегратором.

9. Розрахувати похибку обробки аналогових сигналів пасивним диференціатором і інтегратором.

10. Виконати порівняльний аналіз функціональних можливостей і характеристик точності пасивного і активного інтеграторів.

11. Виконати порівняльний аналіз функціональних можливостей і характеристик точності пасивного і активного диференціаторів.

12. Порівняти розрахункові і експериментальні дані по всіх типах пристроїв, які досліджувалися.

13. За результатами досліджень і розрахунків зробити висновки і дати рекомендації про оптимальні режими роботи диференціатора і інтегратора, а також про параметри ОП.

Звіт повинен містити:

1. Структурні схеми досліджуваних пристроїв.

2. Результати розрахунків.

3. Висновки про об’єм виконаної роботи, і висновки по співставленню практичних результатів теоретичними.

Контрольні тестові питання.

1. Який тип елементу у вхідному колі активного диференціатора?

2. Який тип елементу у колі ЗЗ активного інтегратора?

3. Яка форма вихідного сигналу диференціатора при пилкоподібній формі вхідного?

4. Як залежить рівень вихідного сигналу диференціатора від величини його ємності?

5. Як залежить рівень вихідного сигналу диференціатора від величини його резистивного опору?

6. Як залежить рівень вихідного сигналу інтегратора від величини його ємності?

7. Як залежить рівень вихідного сигналу інтегратора від величини його резистивного опору?

8. Яка основна перевага активного диференціатора над пасивним?

9. Як реалізується багатоканальний інтегратор?

10. Які є методи зменшення дрейфу нуля інтегратора?

Література:

 

1. Дж. Гринфилд. Транзисторы и линейные ИС: Руководство по анализу и расчёту: Пер. с англ. – М.: Мир, 1992.-560 с., ил.

2. У.Титце, К.Шенк., Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Т.т. 1-2.: Пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 1774 с.: ил.

3. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. Издание 5-е переработанное. Т.т. 1-2. - М., Мир, 1998. – 704 с.

4. В. В. Омельчук, О.П. Соколов. Основи електроніки і мікроелектроніки /за редакцією В.П. Манойлова/ Навчальний посібник для учбових закладів. – Житомир: ЖДТУ, 2004. – 346 с. Табл.: 27. Іл.: 296. Бібліорг. Назв.:33.

 

 

Зміст

 

1. Лабораторна робота №1. Дослідження статичних характеристик біполярного транзистора ввімкненого по

схемі зі спільним емітером. 4

 

2. Лабораторна робота №2. Дослідження підсилювальних

каскадів на біполярних транзисторах. 10

 

3. Лабораторна робота №3. Дослідження генераторів

аналогових сигналів на операційних підсилювачах. 16

 

4. Лабораторна робота №4. Дослідження аналогового

компаратора на операційному підсилювачі 20

 

 

5. Лабораторна робота №5. Дослідження активних фільтрів. 24

 

 

6. Лабораторна робота №6. Дослідження основних

властивостей пристроїв інтегрування і диференціювання радіосигналів. 29