Нелинейные преобразователи сигналов. Приобретение навыков расчета, настройки и исследования нелинейных преобразователей сигналов на операционных усилителях (ОУ)

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Факультет Технической Кибернетики

Кафедра Автоматики и Вычислительной Техники

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 7

«Нелинейные преобразователи сигналов»

Работу выполнил студент группы 3081/4

                                                                  Преподаватель ________ 

Санкт-Петербург

2009 г.

1.  Цель работы

Приобретение навыков расчета, настройки и исследования нелинейных преобразователей сигналов на операционных усилителях (ОУ).

2.  Исходные данные:

Uвых+ = 11 В

Uвых - = -11 В

Uпит = ±15 В

K1 = 4

K2 = 0,5

K3 = 0,3

Uогр+ = 5 В

Uогр- = 5 В

Uоп = 4 В

3.  Расчет параметров схемы:

R₁=20 кОм;    R_н=10кОм;

  I.Инвертирующий выпрямитель

R₂=К₁R₁=80 кОм  (82 кОм) ;

В таблице приведено амплитудное значение напряжения на входе.

Eсm*2 (А) В	Uвыхm В	Uвыхm теор В
-0,01	0,020	0,02
-0,05	0,125	0,10
-0,10	0,250	0,20
-0,20	0,450	0,40
-0,30	0,680	0,60
-0,50	1,000	1,00
-0,60	1,200	1,20
-0,80	1,700	1,60
-0,90	1,900	1,80
-1,00	2,200	2,00
-1,20	2,500	2,40
-1,40	2,800	2,80
-1,50	3,250	3,00
-1,80	3,600	3,60
-2,00	4,100	4,00
-2,50	5,200	5,00
-3,00	6,400	6,00
-3,50	7,200	7,00
-4,00	8,000	8,00
-4,50	9,200	9,00
-5,00	10,800	10,00
-5,50	11,200	11,00
-6,00	12,400	12,00
-7,00	13,200	14,00

Осциллограммавходного/выходного сигнала:

 

  II.Двусторонний усилитель-ограничитель

Ec, В	Uвых, В	Uвых теор, В
-5,12	6,08	6,54
-4,68	5,95	6,40
-4,01	5,75	6,20
-3,59	5,62	6,08
-3,15	5,49	5,95
-2,95	5,42	5,89
-2,60	5,31	5,78
-2,24	5,20	5,67
-1,99	5,11	5,60
-1,47	4,92	5,44
-1,04	4,38	4,16
-0,61	2,57	2,44
-0,10	0,45	0,40
0,01	0,03	-0,04
0,50	-2,00	-2,00
0,95	-3,89	-3,80
1,25	-4,94	-5,63
1,57	-5,48	-5,79
1,70	-5,55	-5,85
1,80	-5,61	-5,90
2,05	-6,04	-6,03
2,51	-6,18	-6,26
2,72	-6,50	-6,36
3,08	-6,66	-6,54
3,35	-6,70	-6,68
3,86	-6,95	-6,93
4,16	-7,10	-7,08

U_огр⁺=5 В;        U_огр^- = –5 В;

R₃=К₂R₂ /(К₁-К₂)=11,42 кОм  (10к);

R₄=К₃R₂ /(К₁-К₃)=6,1 кОм (6,1 к);

R₁=20 кОм;

R₂=80 кОм  (82 к);

Е₀₂=Е₀₁=15В;

R₅ »R₄Е₀₂/U_огр⁺ = 20 кОм;

R₆»-R₃Е₀₁/U_огр^- = 30 кОм;

f » 1 кГц;

Осциллограмма входного/выходного сигнала:

 

Исследование компаратора на основе ОУ:

– без диода:

Uвх,B	Uвых, B
4,01	-13,62
3,75	-13,62
3,52	-13,62
3,01	13,53

График зависимости U_вых от U_вх:

Осциллограмма входного/выходного сигнала:

– с диодом:

Uвх, B	Uвых, B
0,002	13,3
0,15	13,3
0,19	-0,3
0,46	-0,44
1,35	-0,5

График зависимости U_вых от U_вх:

Осциллограмма входного/выходного сигнала:

 

Вывод:

При исследовании выпрямителя на основе ОУ получили линейную зависимость, небольшие искажения наблюдаются при малых значениях входного сигнала, но в общем случае это соответствует действительности.

Для зависимости Uвых(Ес) усилителя-ограничителя Uогр+=5 В Uогр-=4,8 В (Uогр+теор=5 В Uогр- теор=5 В). Экспериментальная зависимость также как и теоретическая делится на 3 линейных участка. На первом участке наклон ΔUвых/ΔЕс = K3, на втором - К1, а на третьем - K2.  Несоответствие можно объяснить несоответствием значений R3, R4, R5, R6 теоретическим.

По графику зависимости выходного напряжения от входного на компараторе (без диода) видно, что переключение происходит при Uвх=0,25В, что соответствует теории. При подаче синусоидального сигнала на выходе получаем прямоугольный сигнал в соответствии с тем, что переключение происходит при 0,25В.

У компаратора с диодом выходной сигнал ограничивается снизу значением 0,65В – напряжением отпирания диода, поэтому сигнал можно считать однополярным прямоугольным.