Экспериментальная часть. Снять передаточные характеристики U2(U1) логарифмических преобразователей

Задание

Снять передаточные характеристики U₂(U₁) логарифмических преобразователей, схемы которых изображены на рис. 3.9.1а и б. Построить их графики в логарифмическом масштабе по оси U₁.

Порядок выполнения экспериментов

· Соберите цепь логарифмирующего преобразователя с транзистором (рис. 3.9.2). Делитель напряжения в этой схеме (100 кОм /100 Ом) служит для получения малых напряжений на входе операционного усилителя.

Рис. 3.9.2

· Устанавливая регулятором напряжения «-13…+13 В» напряжения U₁, указанные в табл. 3.9.1 (положительной полярности!), снимите зависимость U₂(U₁). По мере увеличения входного напряжения меняйте верхнее сопротивление делителя сначала на 10 кОм, затем – на 1 ком, и , наконец, вставьте вместо него перемычку.

· На рис. 3.9.3. постройте график U₂(U₁) который в принятом логарифмическом масштабе должен быть примерно прямолинейным.

· Уберите из схемы транзистор, а диод переверните катодом вниз. Ещё раз снимите зависимость U₂(U₁) и на том же рисунке постройте график.

· Сравните графики и объясните их различие.

Таблица 3.9.1

U1, В	U2, В
Схема с транзистором	Схема с диодом
0,001
0,003
0,01
0,03
0,1
0,3

Рис.3.9.3

Исследование генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе

Общие сведения

Простейшая схема RC генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе приведена на рис. 3.10.1а. В ней операционный усилитель включён по неинвертирующей схеме, а в качестве звена положительной обратной связи используется полосовой фильтр со средней частотой w₀ = 1/RC. Такая схема называется мостовым генератором Вина.

Фазовый сдвиг фильтра на средней частоте равен нулю, а коэффициент передачи - b(w₀) = 1/3.

Известно, что условием возникновения стационарных колебаний в замкнутой системе является равенство выходного напряжения обратной связи и входного напряжения усилителя, т.е.:

,

где K_U – коэффициент усиления усилителя.

Отсюда следует, что для возникновения стационарных колебаний должно выполняться условие

.

При выполнении этого условия в схеме с идеальным операционным усилителем будут существовать незатухающие колебания с частотой f = 1/2pRC. Однако амплитуда этих колебаний будет неопределённой. Самое незначительное уменьшение R₂ приведёт к нарастанию амплитуды до уровня ограничения выходного напряжения усилителя по питанию, а незначительное увеличение – к затуханию колебаний.

Рис. 3.10.1

Эти обстоятельства требуют применения в составе генератора системы автоматического регулирования амплитуды. Один из возможных вариантов схемы с автоматическим регулированием амплитуды изображён на рис. 3.10.1.б. В ней резистор R₂ зашунтирован полевым транзистором с последовательно включённым сопротивлением. Параметры цепи выбираются так, чтобы при малой амплитуде выходного сигнала транзистор бы открыт и эквивалентное сопротивление цепи R_2ЭКВ с параллельно включённой цепочкой было заведомо меньше, чем 0,5R₁. Это обеспечивает возникновение колебаний и нарастание амплитуды. Когда амплитуда достигнет напряжения пробоя стабилитрона с последовательно включённым диодом, на затвор подаётся отрицательное напряжение, транзистор увеличивает своё сопротивление и дальнейший рост амплитуды прекращается. Надо иметь в виду, что такая простая цепь автоматического регулирования амплитуды несколько искажает форму выходного генератора.

Задание

В цепи без автоматического регулирования амплитуды определить экспериментально соотношение сопротивлений R₁ и R₂, при котором возникают колебания. Определить частоту этих колебаний. В цепи с автоматическим регулированием амплитуды экспериментально определить эквивалентное сопротивление цепи R_2ЭКВ с параллельно включенной цепью полевого транзистора. В обоих случаях снять кривую выходного напряжения генератора.