11.9. Работа схем ОУ на переменном токе

Методические указания

В этих задачах рассматривается инвертирующий усилитель. Поскольку усилители работают в области малого сигнала, цепи можно рассчитывать как линейные. Входные сигналы являются гармоническими, поэтому процессы в цепях можно описывать в символической форме. Входная цепь и цепь обратной связи имеют при этом сопротивления комплексного характера. Рекомендуется решать эти задачи в комплексном виде. Для решения этих задач полезно предварительно ознакомиться с задачами главы 4, поскольку методики решения в обоих случаях содержат много общего. Входные сигналы, сопротивления входной цепи и обратной связи необходимо представить в комплексной форме. Выходное напряжение в этом случае получится тоже в комплексной форме. Боде-плоттер позволяет экспериментально проверить комплексные изображения выходного напряжения. В результате решения следует найти оригинал выходного напряжения во временной области и, представив выходное напряжение в виде временной зависимости, проверить решение по осциллограммам. Рассмотрим пример решения задачи.

Задача 1

Файлс11_101 Дано: Источник ЭДС е = EmSin(2pit), где Еm = 1 В, f = 1кГц. Найти: Значение напряжения u(t) на выходе.

Расчет Текст из программы комплексного калькулятора с результатами (файл с11_101.сс) ! Расчет схемы из трех пассивных элементов с одним источником ! Исходные данные F=1000 Е=0.7 R1=10е3 R2=10e3 С=0.01е-6 !Найти временную зависимость выходного напряжения Преобразуем схему к следующему виду, представленному на рис. 11.42. Конденсатор на входе никакой роли не играет, так как напряжение на нем очень близко к нулю и ток через него на рабочей частоте пренебрежимо мал. Обычно он включается параллельно входу для того, чтобы погасить высокочастотные помехи.

Текст из программы комплексного калькулятора с результатами

! Определяем токи, комплексные сопротивления на входе и в обратной связи ОУ

Операция | Real | Imag | Abs | Arg.rp
XC=l/(2*p*F*C) | 1.59155 Е+04 | 0 | 1.59155 Е+04 | 0
Z2=R2-j*XC | 1.00000 Е+04 | -1.59155 Е+04 | 1.87963 Е+04 | -57"51'29"

/ Определяем комплекс выходного напряжения

Операция | Real | Imag | Abs | Arg,rp
U=-E*Z2/R1 | -7.00000 Е-01 | 1.11408 Е+00 | 1.31574 Е+00 | 122'8'30"

Переходя к изображению во временной области, получим:

Экспериментальная проверка результатов расчета Результаты экспериментальной проверки представлены на рис. 11.43, где можно увидеть показания и осциллографа и Боде-плоттера. Как видно из рисунка, фаза выходного напряжения, измеренная Боде-плоттером, приблизительно совпадает с расчетным значением.

Если перевести Боде-плоттер в резким MAGNITUDE, то можно будет измерить отношение амплитуд выходного и входного напряжения. Поскольку амплитуда входного напряжения по условию равна 1 В, то измеренное значение будет численно равно амплитуде выходного напряжения. При нажатии на кнопку MAGNITUDE на табло Боде-плоттера выводится значение 1.9, что совпадает с результатами расчета. Показания остальных приборов также совпадают с расчетом. На левом табло осциллографа во второй строке отражается измеренное значение амплитуды входного напряжения - 0.988 В, вольтметр на выходе схемы показывает действующее значение выходного напряжения - 1.32 В.

Задачи для самостоятельного исследования

Задача 1. (с11_101) Дано: Источник ЭДС

где Еm = 1 В, f = 1 кГц. Найти: Значение напряжения u(t) на выходе.

Задача 2. (с11_102) Дано: Источник ЭДС

Источник тока

гдеЕm=1В,Im=0.1мА, f = 1 кГц. Найти: Значение напряжения u(t) на выходе.

Задача 3.(с11_103) Дано; Источники ЭДС

где Еm = 1 В, f = 1 кГц. Найти: Значение напряжения u(t) на выходе.

Задача 4. (с11_104) Дано: Источник тока

где Im = 0.1 мА, f = 1 кГц. Найти: Значение напряжения u(t) на выходе.