Rc-генератор прямоугольных импульсов на интегральном усилителе постоянного тока. Измерительный преобразователь среднего значения

Министерство образования Республики Беларусь

Гомельский

государственный технический университет

им. П.О. Сухого

Кафедра: «Промышленная электроника»

Лабораторные работы по дисциплине

«Преобразовательная техника», часть II.

ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

к выполнению лабораторных работ по курсу

«Преобразовательная техника»

для студентов специальности Т.07.02.01.

«Промышленная электроника»

Часть II

Гомель 2002

УДК - 621.314.2

Разработали:      

Практическое руководство к выполнению лабораторных работ по курсу «Преобразовательная техника» для студентов специальности Т.07.02.01. «Промышленная электроника». Часть II. – Гомель: ГГТУ, 2002. – XXс.

Рецензент:

Ó Гомельский государственный технический университет

им. П.О. Сухого

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

RC-ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

НА ИНТЕГРАЛЬНОМ УСИЛИТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы:    ознакомиться с принципом действия, работой и расчетом генератора прямоугольных импульсов на интегральном усилителе постоянного тока (ИУПТ).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Использование усилителя постоянного тока в интегральном исполнении [1, с.347] делает  импульсный RC-генератор (рис.1а) проще и стабильнее подобных схем, выполненных на транзисторах. После подачи напряжений +Uпит и –Uпит на усилитель (конденсатор первоначально разряжен) на выходе усилителя (контрольная точка КТ1) можно наблюдать сигнал Uвых(t) прямоугольной формы, а на инвертирующем входе – сигнал U^–(t), форма которого близка к треугольной (см. рис.1б).

на интегральном усилителе постоянного тока

Как видно из рис.1б, в установившемся режиме период Т выходного сигнала Uвых(t) генератора состоит из двух участков длительностью Т/2, на каждом из которых скорость изменения напряжения равна нулю. Из этого следует, что в схеме рис.1а существует два временно устойчивых равновесных состояния, причем переход из каждого такого состояния происходит за очень короткий промежуток времени.

Цепь на резисторах R1 и R2 представляет собой делитель напряжения, который формирует из напряжения Uвых (точка КТ1) сигнал U⁺, подаваемый на неинвертирующий вход усилителя (КТ3):

На конденсаторе С и резисторах R и R^* собрано инерционное звено, коэффициент передачи которого определяет зависимость напряжения U^– на инвертирующем входе усилителя (КТ2) от напряжения Uвых. Так как напряжение Uвых имеет форму импульсов, то это позволяет записать формулу напряжения U^– как реакцию инерционного звена на скачек.

В операторной форме коэффициент передачи инерционной RC-цепи:

, где Т=RC

Реакция инерционного звена на единичный скачек напряжения в операторной форме:

, где  – изображение единичного скачка.

Оригинал изображения U^–(p):

, где Т=RC

Т. е. напряжение на инвертирующем входе усилителя изменяется по экспоненциальному закону.

Усилитель включен в генераторе по разомкнутой схеме и поэтому выполняет функцию компаратора, сравнивая потенциалы в точках U⁺ и U^–. При этом полярность и величина напряжения Uвых зависят от знака дифференциального напряжения DU=U⁺–U^– и коэффициента усиления Ku микросхемы DA:

Uвых=DU×Ku

Коэффициент усиления разомкнутого усилителя Ku для различных типов микросхем колеблется от десятков до сотен тысяч (например, у микросхемы КР544УД2А справочное значение Ku=20×10³). И теоретически Uвых окажется значительным при появлении даже небольшого DU. На практике максимальное значение Uвых ограничено напряжением насыщения Uнас, которое меньше напряжения питания на величину насыщения транзистора выходного каскада ИУПТ. Например, если Uпит.ус.=±15В, то напряжение Uнас составит около ±14.5В.

Так как , то наименьшее дифференциальное напряжение, при котором усилитель сформирует Uвых=Uнас, можно определить по формуле

При Uвых.макс.»14.5В и Кu»10⁶ значение DU составит десятки микровольт, т.е. можно считать, что переключение выходного сигнала усилителя происходит практически в момент равенства напряжений U⁺ и U^– (см. временные диаграммы на рис.2). Значение DU, найденное по приведенной выше формуле, называется чувствительностью (наименьшее напряжение, необходимое для срабатывания компаратора).

Рис.2 К пояснению работы ИУПТ в режиме компаратора

На практике форма сигнала Uвых несколько отличается от прямоугольной из-за конечной скорости нарастания выходного напряжения V_Uвых [В/мкс] (справочный параметр с величиной от долей до нескольких десятков В/мкс у различных ИМС). Пример диаграммы Uвых усилителя с небольшой V_Uвых показан на рис.2 пунктиром (Uo – установившееся значение выходного напряжения усилителя).

Сразу после включения питания дифференциальное напряжение DU на входе ИУПТ

оказывается не равным нулю (в основном из-за напряжения смещения усилителя). Появившееся на выходе усилителя напряжение