Aktivni elektricni filtri

СУГС ВЛАДО ТАСЕВСКИ- СКОПЈЕ

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

АКТИВНИ ЕЛЕКТРИЧНИ ФИЛТРИ

2

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Електрични филтри Електрични филтри се склопови кои ги пропуштаат струите со одредени фреквенции, а струите со други фреквенции не ги пропуштаат или значително ги слабеат. Електричните филтри се кола со два влезни и два излезни приклучока т.н. четворополи. Се состојат од сериска и паралелни гранки во кои се наоѓаат комбинации на калеми и кондензатори и отпорници, а понекогаш и некој активен елемент- Т, ИК. Принципот на работа на сите електрични филтри се базира на зависноста на импедансата (т.е реактивната отпорност ) на елементите од фреквенцијата. Поделбата на на електричните филтри може да се направи по неколку критериуми. 1. Според опсегот на фреквенции на напонот што го пропуштаат електричните филтри можеме да ги поделиме на 4 групи: • • • •

Филтри пропусници на ниски фреквенции - FPNF (LOW PASS FILTERS-LPF) Филтри пропусници на високи фреквенции – FPVF (HIGH PASS FILTERS HPF) Филтри пропусници на опсег на фреквенции – FPOF (BAND PASS FILTERS BPF) Филтри непропусници на опсег на фреквенции – FNOF (BAND REJECTION FILTERS - BRF)

а) FPNF

в) FPOF

б) FPVF

г) FNOPF

Сл.30 Идеални е рални амплитудно фреквентни карактеристики 3

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

2. Според типот на елементите што ги содржи електричните филтри можеме да ги поделиме на: • •

Пасивни електрични филтри (PASIVE FILTERS)- содржат само пасивни елементи (отпорници, кондензатори, калеми, кристали......) Активни електрични филтри (ACTIVE FILTERS) – покрај пасивните елементи содржат и активни засилувачки елементи (транзистори или интегрирани кола).

3. Според распоредот на елементите во филтерот (т.е според обликот на филтерот) пасивните електрични филтри можеме да ги поделиме на: • • • •

Филтер од L облик или L филтер Филтер од Т облик или Т филтер Филтер од П облик или П филтер Филтер од π облик или π филтер

а)

в)

б)

г)

Сл.31 Поделба на пасивните електрични филтри според распоредот на елементите вофилтерот

4. Според тоа кои пасивни елементи ги содржат, електричните филтри можеме да ги поделиме на: • LC филтри • RC филтри • LR филтри • RLC филтри • Пиезоелектрични (кристални) филтри

4

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Параметри на електричните филтри За да можеме филтрите правилно да ги употребиме во електричните кола и за одредени намени треба да ги знаеме неговите карактеристики. Затоа ќе се запознаеме со најважните параметри на филтрите од кои се гледаат нивните карактеристики. 1. Амплитудно-фреквентна карактеристика. АФК е најважна карактеристика на филтрите од која може да се одредат и доста други параметри. Може да се даде како АФК на засилувањето на филтерот – А U , или како АФК на слабеењето на филтерот – аU.

а)

б) Сл. 32 АФК на засилувањето и на слабеењето на FPNF

Сл33. Вистинска АФК (крива 1) и теоретска-асимптотска (крива) АФК на FPNF

Понатаму ќе ги разгледуваме само АФК на засилувањето на филтерот затоа што даваат поадекватна претстава за типот и параметрите на филтерот. Од АФК може да одредиме неколку параметри: засилувањето, граничната фреквенција, пропусниот опсег, стрмнината на АФК во непропусниот опсег, брановитоста на АФК во пропусниот опсег.

5

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

2. Засилување на филтерот - А U . Обично се дефинира како:

AU =

U IZ U VL

односно

AU (dB) = 20 log

U IZ U VL

Како што кажавме A U зависи од фреквенцијата на сигналите, па како параметар се Зема максималното засилување во пропусниот опсег A UB . Горе споменатиот FPNF Има A UB =0dB т.е A UB =1 што значи дека филтерот во пропусниот опсег не врши засилување (U IZ =U VL ). За FNOPF се дефинира и максималното слабеење во непропусниот опсег a UB . 3. Гранична фреквенција - FPNF имаат горна франична фреквенција f g , тоа е онаа фреквенција за која засилувањето е за 3dB помало од засилувањето на ниски фреквенции. FPVF има долна гранична фреквенција f d , тоа е онаа фреквенција за која засилкувањето е за 3dB помало од засилувањето на високи фреквенции. FPOF има и долна и горна гранична фреквенција, тоа се оние фреквенции на кои засилувањето е помало за 3dB од засилувањето во пропусниот опсег. FNOPF има и долна и горна гранична фреквенција, тоа се оние феквенции на кои засилувањето е поголемо од засилувањето во непропусниот опсег ( за централната феквенција ) 4. Пропусен опсег B (Hz) - Тоа е опсег на фреквенции што филтерот ги пропушта. FPNF B=0-f g FPVF B=f d -∞ FPOF Б=f g -f d FNOPF се дефинира непропусниот опсег B=f g -f d 5. Стрмнина на АФК во непропусниот опсег S. Го покажува опаѓањетo на засилувањето т.е. зголемувањето на слабеењето после граничната фреквенција. S се изразува во dB/octava или dB/dekada и се одредува од АФК ако ја одредиме разликата во засилувањето помеѓу две точки после граничната фреквенција, кои по фреквинија се разликуваат за една октава (за два пати) или за една декада (за десет пати). Претходно споменатиот FPNF чија АФК е дадена на сликата има S=-26-(-14)=12dB/oct т.е S=-54-(-14)=-40dB/oct. Според големината на стрмнината електричните филтри може да ги поделиме на: а) електрични филтри од I ред кај кои S=-6dB/oct=-20dB/dec, б) електрични филтри од II ред кај кои S=-12dB/oct=-40dB/dec в) електрични филтри од III ред кај кои S=-18dB/oct=-60dB/dec г) електрични филтри од IV ред кај кои S=-24dB/oct=-80dB/dec На сликата 34 се прикажани амплитудно фреквентните карактеристики на 4 филтри пропусници на опсег со исти f d и f g , а со различни стрмнини.

6

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.34 АФК на четири FPOF со исти гранични фреклвенции а различни стрмнини

6. Брановитоста на АФК во пропусниот опсег – W. Кај некои филтри обично кај филтрите од повисок ред т.е. со голема стрмнина во непропусниот опсег, АФК во пропусниот опсег (а и во непропусниот опсег) може да има некои отстапувања од линеарниот облик, како на сликата. Брановитоста на АФК се обележува со W и се дава ±X dB. На пример на сликата 35 е дадена АФК на FPNF, нелинеарноста во пропусниот опсег е W=±1dB. Обично се тежи да е што помало освен за некои специјални примени на филтерот.

Сл.35 АФК на еден FPNF на која е прикажана нелинеарноста на АФК во пропусниот опсег

7. Фазно-фреквентна карактеристика. Тоа е графички приказ на промените што ги врши филтерот врз фазниот агол φ на сигналите за различни фреквенции. На сликата 36 е дадена ФФК на еден FPNF. Обично се тежи да ФФК биде права линија во пропусниот опсег и околу граничната фреквенција,за да би немало фазни изобличувања. Доста често, заради подобар увид во карактеристите на филтерот, фазно фреквентната и амплитудно фреквентната карактеристика се даваат на еден заеднички дијаграм.

7

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.36 ФФК на еден FPNF

8. Влезна импеданса Z VL или влезна отпорност R VL на филтерот. Z VL или R VL е потребно за да можеме да извршиме прилагодување со излезната импеданса на уредот што го приклучуваме на влезот од филтерот. 9. Излезна импеданса Z IZ или излезна отпорност R IZ . Потребни се за да можеме да извршиме прилагодување со влезната импеданса на уредот што приклучуваме на излезот од филтерот. Z VL (R VL ) претставува однос помеѓу влезниот напон и влезната струја,а Z IZ (R IZ ) претставува однос помеѓу излезниот напон и излезната струја на филтерот. Зависат од фреквенцијата, но за фреквенции од пропусниот опсег имаат приближно константна вредност. Поради тоа, во карактеристиките на филтерот обично се наведува вредноста на овие параметри за пропусниот опсег. Потребно е да се знае вредноста на влезната и излезната импеданса или отпорност за да може да се изврши прилагодување со претходниот и наредниот степен. Активните филтри се користат во ниско-фреквентната техника, па затоа треба да се изврши напонско прилагодување. Тоа значи дека влезната импеданса на филтерот треба да биде барем десет пати поголема од излезната импеданса на претходниот степен: Z VLF ≥10Z IZPS т.е. R VLF ≥10R IZPS . Исто така и излезната страна треба да има напонско прилагодување. Тоа значи дека излезната импеданса на филтерот треба да биде барем десет пати помала од влезната импеданса на наредниот степен т.е. од

R ZP т.е. R IZF ≤ P односно 10 10 обратно кажано треба да биде Z P ≥ 10 ⋅ Z IZF т.е. R P ≥ 10 ⋅ R IZF . Доколку условот за

импедансата на потрошувачот Z P ( т.е.R P ): Z IZF ≤

напонско прилагодување не е исполнет, било на влезот било на излезот на филтерот, настанува намалување на амплитудата на сигналите и зголемување на изобличувањата и шумот.

За FPOF и FNOPF се дефинираат и параметрите: центална фреквенција и фактор на доброта. 10. Централна фреквенција – f 0 која се дефинира како геометриска средина од граничните фреквенции f d и f g .

f0 =

fd ⋅ fg

11. Фактор на доброта Q кој се дефинира како:

Q=

f0 B

Активните електрични филтри ги имаат и следните параметри: 8

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

12. Осетливост U VLref 13. Максимален влезен напон U VLMAX 14. Максимален излезен напон U IZMAX 15. Однос сигнал-шум – S/N ( или динамика ) 16. Фактор на пораст (SLEW FACTOR) или време на пораст (RISE TIME) 17. Вкупни хармонсики изобличувања THD[%] 18. Интермодулациски изобличувања IMD [%] 19. Транзиетни изобличувања. Овие параметрисе дефинираат на ист начин како и кај предзасилувачите (засилувачите на мали сигнали).

Споредба помеѓу пасивните и активните електрини филтри Пасивните електрични филтри ги имаат следните особини: • • • • • • • • •

Во принцип имаат поедноставна конструкција, пресметка и изработка, Употребливи се за многу високи фреквенции (во радиотехниката), Во принцип имаат помали изобличувања и шум, Немаат засилување: во идеален случај е А UB =0dB, а кај некои типови дури има и слабеење и во пропусниот опсег (А UB <0), Во одредени конструкции тешко може да се запази прилагодувањето, Не можат да се користа за многу ниски фреквенции поради тоа што тогаш се потребни елементи со непрактично големи вредности, Во принцип имаат релативно мала стрмнина, За да се добие филтер со поголема стрмнина а помали загуби (А UB ≈0dB) меопходно е да се користат калеми во колото, Пасивните филтри од повисок ред (со поголема стрмнина) се со многу сложена конструкција и тешко се пресметуваат и изработуваат,

Активните елктрични филтри ги имаат следните особини: • • • • • • •

Во нивните конструкции нема потреба од користење на калеми бидејќи добри особини се добиваат и со RC елементи, Можат да извржат засилување на сигналите во пропусниот опсег (А UB ≥0dB), Со релативно едноставни конструкции се добиваат филтри од повисок ред (со поголема стрмнина), Лесно може да се запази условот за прилагодување, Употребливи се и за многу ниски фреквенции, Стабилноста на карактеристиките е поголема, Не можат да се користат за многу високи фреквенции поради фреквентната ограниченост на активниот елемент, 9

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

• •

2011/2012

Поради активниот елемент имаат поголем шум и изобличувања отколкупасивните филтри (оваа негативна особина може да се намали со употреба на поквалитетни активни елементи), Во принцип имаат поголема цена отколку пасивните, но во одредени случаи (на пр. Кога е потребен филтер од повисок ред или пак филтер за многу ниски фреквенции) активните филтри се поевтини и поедноставни,

Овие основни особини на пасивните и активните филтри треба да ги имаме во предвид при нивно проектирање и примена.

Видови на активни електрични филтри Активните електрични филтри се изработуваат од засилувачки елемент (транзистор или интегрирано коло) и пасивни елементи (најчесто отпорници и кондензатори). Затоа во овој случај поделбите на филтрите опишани во претходната глава нема смисол. Активните електрични филтри може да ги поделиме на три начина: 1. Видови на електрични филтри според фреквенцијата на пропуштање. Како што е кажано претходно според оваа поделба постојат четири типови на филтри: FPNF, FPVF, FPOP, FNOPF. 2. Видови на електрични филтри според стрмнината. Соред оваа поделба постојат: активни електрични филтри од I ред (S=-6dB/oct), активни електрични филтри од II ред (S=-12dB/oct), активни електрични филтри од II ред. 3. Видови на активни електрични филтри според принципот на работа. 4. Видови на активни електрични филтри според особините (обликот на AFK и FFK).

Видови на електрични филтри според принципот на работа Според принципот на работа активните електрични филтри може да се поделат на четири групи: 1. Активни електрични филтри со пасивни филтри и одвојни засилувачи. 2. Активни електрични филтри со пасивни филтри во повратната врска на засилувачите. 3. Активни електрични филтри со жиратор (активен склоп кој врши претворање на капацитивност во индуктивност). 4. Активни електрични филтри со активен четворопол како инвертор на комплексни отпорности и проводности. Активните електрични филтри со пасивни и одвојни засилувачи не се сметаат за активни филтри во вистинска смисла на зборот, туку повеќе се третираат како повеќестепени засилувачи со ограничена АФК. Затоа за нив ќе биде даден само основниот принцип на градба без понатамошно подетално разгледување на конструкциите. 1. Активни електрични филтри со пасивни филтри и одвојни засилувачи. Кај пасивните електрични филтри за да се добие поголема стрмнина на АФК во непропусниот опсег, потребно е да се поврзат каскадно повеќе пасивни филтри при што се јавува проблем за меѓусебно прилагодување, а со тоа и за нивна правилна работа. Овие проблеми едноставно може да се решат ако помеѓу каскадно поврзаните пасивни филтри поставиме одвоен засилувач (BUFFER). Таквиот засилувач треба да има голема влезна и 10

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

мала излезна отпорност, па затоа може да биде реализиран со биполарен транзистор во спој со заедничкиколектор, со FET во спој со заеднички дрејн или пак со операционен засилувач. При ова се добива можност и за засилување на сигналите во пропусниот опсег. На сликата 37 е даден пример за вака реализиран активен филтер пропусник на високи фреквенции од втор ред.

Сл.37 Активен филтер пропусник на високи фреквенции од втор ред

Сл. 38 Селективен VF засиливач (активен VF FPOF)

Ваквиот метод на градба на активни филтри сепак многу ретко се користи бидејќи за да се добие филтер од повисок ред со добри особини потребни се повеќе степени со што се усложнува и поскапува конструкцијата. Ваквиот метод почесто се користи во високофреквентната техника (во радиотехниката) при конструкција на селективни VF засилувачи (селективниот VF засилувач всушност претставува активен VF FPOF). Селективноста се постигнува со трансформаторска спрега и со LC FPOF (паралени осцилаторни кола). Пример за таков селективен VF засилувач (активен VF FPOF) е даден на сликата 38. Активниот елемент во засилувачот обично е VF транзистор бидејќи ретко интегрираните кола се способни за работа на многу високи фреквенции. 2. Активни електрични филтри со пасивни филтри во повратната врска на засилувачите. Ова е најчесто употребуван метод на градба на активни филтри. При тоа, добри особини на активните филтри се добиваат и без примена на калеми, што е една од нивните главнипредности (бидејќи калемите тешко се произведуваат сериски, скаписе се и со непостојани карактеристики). Тоа значи дека најчеста конструкција на активен филтер пртставува засилувач со RC елементи (RC пасивни филтри) во повратната врска. Ако пасивен филтер се постави во негативната повратна врска на засилувачот вотој случај така добиениот активен филтер ќе има обратна улога од пасивниот филтер во негативната повратна врска. На пример ако во негативната повратна врска на засилуавчот ставиме RC FPVF ќе добиеме активен FPNF. Ако пасивниот RC филтер се постави во позитивната повратна врска на засилувачот, во тој случај така добиениот активен филтер ќе има иста улога како пасивниот филтер во позитивната повратна врска. Кај активните филтри со RC елементи во позитивна повратна врска мора да се користи и негтивна повратна врска (фрекветно независна) со која ќе се ограничи засилувањето (обично на вредност A UB =1=0dB) бидејќи во спротивно може да настане нестабилна работа (осцилирање) на активниот филтер. Како засилувачки елемент во овие активни електрични филтри најчесто се користат операциони засилувачи. Со нив конструкцијата е поедноставна бидејќи реалните операциони засилувачи се однесуваат скоро како идеални диференцијални напонски засилувачи со A U0 →∞, R VL →∞, R IZ →0.

Видови на активни електрични филтри според особините И филтри од ист тип според принципот на работа, пропусниот опсег и стрмнината, може да имаат различни особини зависно од методот на конструкција. Тоа значи дека со иста шема на некој активен електричен филтер може да добиеме различни особини (пред се во обликот на АФК и ФФК) зависно од начинот на пресметка и проектирање. Методите на 11

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

проектирање и пресметка се откриени од различни конструктори и се познати според името на конструкторот. Тоа значи дека поделбата на активните електрични филтри според особините воедно е и поделба според конструкторите. Според оваа поделба разликуваме: 1. 2. 3. 4. 5.

Беселови (Bessel) Батерворотови (Butterworth) Чебишев Инверзни Чебишеви Кауерови (елиптички) активни електрични филтри (Cauer active filters)

Во пракса најчесто се користат Беселовите, Батервортовите и Чебишевите активни филтри, односно методи за проектирање на активни филтри. 1. Беселовите имаат максимално рамна АФК во пропусниот опсег, со благ и постепен премин кон непропусниот опсег. Имаат приближно константно време на доцнење на сите фреквенции, поради што и нивната ФФК е скоро идеално линеарна. Поради овие особини Беселовите филтри се одликуваат со многу мали изобличувања. 2. Батервортовите филтри имаат рамна АФК во пропусниот опсег, но со поостар премин кон непропусниот дел. ФФК на Батервортовите филтри не е толку рамна какко кај Беселовите филтри, но сепак е доволно линеарна за да изобличувањата не бидат големи. 3. Чебишевите филтри имаат најостар премин на АФК од пропусниот во непропусниот опсег, но затоа во пропусниот опсег се појавува одредена нелинеарност, а исто така и ФФК не е линеарна. Поради тоа Чебишевите филтри, во споредба со претходните два типа имаат поголеми изобличувања. Бројот на нелинеарните отстапувања на АФК во пропусниот опсег е еднаков на редот на филтерот (Чебишев филтер од втор ред има две нелинеарни отстапувања, од IV-ти ред има четири нелинеарни отстапувања, слика 39) Големината на тие нелинеарни отстапувања на АФК во пропусниот опсег зависи од соодветните коефициенти во формулите за пресметка на елементите според Чебишевиот метод.

Сл.39 АФК на Чебишев филтер од втор и четврти ред

На сликата 40 е даден споредбен приказ на амплитудно фреквентните карактеристики на еден активен Беселов (крива1), Батервортов (крива2) и Чебишев FPNF од IV ред (крива3).

12

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.40 Споредбен приказ на АФК на Беселов филтер, Батервортов филтер и Чебишев филтер од четврти ред

Според претходно изнесеното можеме да заклучиме дека тогаш кога е потребен филтер со рамна АФК во пропусниот опсег и со мали изобличувања треба да се користи Беселов филтер. Кога големината на изобличувањата не е толку битна, а поважно е филтерот да има голема селективност, т.е. да има остар премин од пропусниот во непропусниот опсег, тогаш треба да се користи Чебишевиот метод за конструкција на филтерот. Батервортовиот филтер е добар компромис помеѓу Беселовиот и Чебишевиот, па затоа најчесто се користи. При кнструкција на Беселовите, Батервортовите и Чебишевите филтри се користат истите шеми, а се разликува методот на пресметување и вредноста на соодветните коефициенти во равенките. Точната пресметка е премногу сложена и бара големи познавања од вишата математика, електрониката и теоријата на електричните кола, па со нејзино образложување далеку би се надминале предвидените рамки на оваа тема. Затоа во нареднте глави ќе се запознаеме само со неколку најчесто користени активни RC филтри реализирани со операциони засилувачи. При тоа ќе биде даден упростен метод за нивна пресметка кој сепак има доволна точност за практична реализација. За да можеме полесно да го разбереме принципот на работа иметодот за пресметка на разнитипови на активниелектрични филтри, неопходно е добро познавање на пасивните RC филтри.

Активни електрични филтри од II ред со RC елементи во позитивната повратна врска Активен FPNF од II ред Филтерските својства се добиени со RC елементите (R, C 1 и C 2 ) во позитивната повратна врска. Заради најстабилна работа на овој активен филтер употребена максимална негативна повратна врска (инвертирачкиот влез на операциониот засилувач директно е споен со неговиот излез). Поради тоа засилувањето во пропусниот опсег е единечно т.е. A UB =0dB.

13

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

Сл.41 Активен FPNF од II ред

2011/2012

Сл.42 АФК на FPNF од II ред

Елементите на овој филтер се пресметуваат според следните равенки:

C1 =

C1 C2 1 1 ; ; ; R = d = f = g 2 ⋅ π ⋅ f g ⋅ C1 ⋅ d C2 d2 2 ⋅ π ⋅ R ⋅ C1 ⋅ C 2

Во равенките со d е обележен коефициентот на пригушување кој го одредува обликот на АФК на филтерот околу граничната фреквенција. Колку коефициентот d е поголем толку АФК на филтерот ќе има поблаг премин од пропусниот во непропусниот опсег и обратно, колку коефициентот d е помал толку АФК околу граничната фреквенција ќе биде поостра.

2 филтерот ќе има максимална рамна АФК во пропусниот опсег т.е. ќе има 2 2 филтерот се повеќе ќедобива особини на особини на Батерворов филтер. За d < 2 2 Чебишев филтер, а за d > филтерот се повеќе ќе добива особини на Беселов 2

За d =

филтер (за да се добие Беселов филтер со максимално рамна ФФК треба да биде

d=

3 ). 2

При проектирање на ваков филтер обично зададени се f g и d. За да може да се пресмета филтерот се избира произволна вредност за еден од кондензаторите, а останатите елементи се пресметуваат според дадените равенки. Пример: Да се проектира FPNFсо f g =10kHz и максимално рамна АФК во пропусниот опсег – Батерворотов филтер ( d = Решение:

2 ). 2

Произволно го избираме кондензаторот C 2 =470pF. Тогаш е:

C1 =

C2 1 = 23,9kΩ = 940 pF ; R = 2 2 ⋅ π ⋅ f g ⋅ C1 ⋅ d d

Вака добиените вредности потоа ги заокружуваме на стандардните вредности според IEC редовите: C 1 =1nF и R=24kΩ.

14

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Активен FPVF од II-ред Филтерските својства се добиени со RC елементите (C, R 1 и R 2 ) во позитивната повратна врска. Заради најстабилна работа и кај овој филтер употребена максимална негативна повратна врска (инвертиралкиот влез на операциониот засилувач директно е споен со неговиот излез). Поради тоа засилувањето во пропусниот опсег е A UB =1 т.е. 0dB.

Сл. 43 Електрична шема и АФК на FPVF од II ред

Елементите на овој филтер се пресметуваат според следните равенки:

fd =

1 2 ⋅ π ⋅ C ⋅ R1 ⋅ R2

; d=

R1 1 d ; R1 = ; R2 = R2 2 ⋅π ⋅ fd ⋅ C ⋅ d 2 ⋅π ⋅ fd ⋅ C

За коефициентот d важи претходно кажанато. При проектирање на ваков филтер обично се зададени f d и d (т.е типот на филтерот). За да може да се извршат пресметките се избира произволна вредност на кондензаторот C, па R 1 и R 2 се одредуваат според дадените равенки. Пример: Да се проектира ваков FPVF за f d =100Hz со особини на Батервортов филтер ( d = Решение:

2 ). 2

Произволно избираме C=20nF. Тогаш е:

R1 =

1 d = 56,27 кΩ ≈ 56кΩ ; R2 = = 112,4кΩ ≈ 110кΩ 2 ⋅π ⋅ fd ⋅ C 2 ⋅π ⋅ fd ⋅ C ⋅ d

Активен FPOF од II-ред FPOF може да се добие со каскадна врска на FPNF и FPVF. Ваквиот метод е лесно изводлив бидејќи, како што знаеме, активните филтри имаат голема влезна и мала излезна отпорност, па секогаш меѓусебното прилагодување е запазено. При тоа сеедно е 15

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

кој филтер е прв, а кој втор- треба само да се внимава f g на FPNF да биде поголема од f d на FPVF.

Сл.44 Блок шема на FPOF добиен со каскадна врска на FPNF и FPVF

Како што се гледа од дијаграмите на слика 45 вкупната АФК на FPOF ќе се добие со взаемно дејство на АФК на FPNF и АФК на FPVF.

Сл. 45 АФК на FPOF добиена со собирање на АФК на FPNF и FPVF

Треба да се нагласи дека на овој начин на градба добиениот FPOF не може да има голем Q фактор особено ако се употребат FPNF и FPVF со Беселови или Батервортови карактеристики – ваков FPOF се користи кога е потребен поширок пропусен опсег.

16

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Активен FNOPF од II-ред FPOVF може да се добие според сликата 46 со паралелна врска на FPNF и FPVF и со собирачки засилувач. Доколку собирачкиот засилувач има широка и рамна АФК, АФК на FNPOF ќе биде збир на АФК на FPNF и FPVF.

Сл.46 Блок шема за добивање на FNOPF со паралелна врска на FPNF и FPVF

При тоа треба да се внимава, горната гранична фреквенција f g на FPNF да биде помала од долната гранична фреквенција f d на FPVF. На тој начин ќе се добие АФК на FNOPF како што е прикажано на сликата 47.

Сл.47 АФК на FNOPF добиена со собирање на AFK на FPNF и FPVF

Карактеристиките на FNOPF- f 0 и a UB можеме да ги одредиме со помош на вредностите за f g и f d и позната вредност на стрмнината S=-12dB/oct. При проектирање на ваков FNPOF зададени се a UB , f 0 и Q (или B односно f d и f g ). Со помош на зададените вредности и вредноста на S=-12dB/oct прво треба да се одредат f g и f d (ако не се зададени), па со нивна помош се пресметуваателементите на FPNF и FPVF. Треба да се нагласи дека на овој начин на градба не може да се добие FNPOF со добра селективност т.е. со голем Q фактор, поготово ако употребените филтри (FPNF и FPVF) се со Беселови или Батерворотви карактеристики – ваков FNPOF се користи кога е потребен поширок пропусен опсег. FNPOF со голема селективност (со голем Q фактор т.е тесен непропусен опсег) можеме да добиеме со помош на шемата на слика 48. 17

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.48 Електрична шема наFNOPF со голема селективност и неговата крива на селективност

Двојната ˝Т˝ RC мрежа претставува FNPOF со голем Q фактор. Спојната точка на R 3 и C 3 наместо на маса (како што е вообичаено кај пасивната двојна ˝Т˝ мрежа) е споена на излезот на операциониот засилувач т.е. двојната ˝Т˝ мрежа е поставена вопозитивната повратна врска. Поради тоа е добиено големо слабеење во непропусниот опсег и многу голем Q фактор т.е. добиено е е големо слабеење само на сигналот со фреквенција f 0 . На сликата 48 прикажани се амплитудно-фреквентните карактеристики на пасивна двојна ˝Т˝ мрежа (крива1) и на активниот FNOPF реализирана со таа двојна ˝Т˝ (крива 2). Со максимална негативна повратна врска е обезбедена стабилна работа на овој филтер. Елементите се пресметуваат според следната равенка:

f0 =

1 ; каде R=R 1 =R 2 =2R 3 и C=C 1 =C 2 =C 3 /2 2 ⋅π ⋅ R ⋅ C

Слабеењето во непропусниот опсег т.е. на централната фреквенција f 0 зависи од меѓусебната усогласеност на елементите. Доколку отпорниците се взаемно усогласени со точност од 0,1%, а кондензаторите со точност од 1% може да се добие a UB >40dB. Ваков FNOPF обично се користи за слабеење на брумот (од 50Hz или 100Hz) кај аудио уредите. Пример: Да се проектира овој FNOPF за потиснување на брумот (f 0 =100Hz). Решение: Произволно избираме C=20nF, па добиваме:

R=

1 R = 79,5kΩ = R1 = R2 ; R3 = = 39,8kΩ ; C 1 =C 2 =20nF ; C 3 =2C=40nF. 2 ⋅π ⋅ f0 ⋅ C 2

Активни електрични филтри од I ред со RC елементи во негативната повратна врска Активните елeктрични филтри од I ред бидејќи имаат мала стрмнина (6dB/oct) доста често не се разгледуваат како активни филтри туку почесто се разгледуваат какозасилувачи со ограничена или нелинеарна АФК. Меѓутоа според принципот на 18

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

работа сепак припаѓаат на групат на активнифилтри па затоа накратко ќе се запознаеме со неколку видови на вакви електрични филтри.

Активен FPNF од I ред Прикажан е на сликата 49. Како што гледаме ова е всушност предзасилувач со операционен засилувач во инвертирачки спој на кој со кондензаторот C f во повратната врска му е одредена горната гранична фреквенција f g .

Сл.49 Електрична шема на активен FPNF од I ред и неговата АФК

Принципот на работа се базира на зависноста на реактансата на кондензаторот од фреквенцијата X Cf =1/2πfC f . Поради ова паралелната врска на R f и C f претставува FPVF. Колку фреквенцијата на сигналот е поголема толку импедансата R f ||C f е помала т.е. негативната повратна врска е поизразена поради што настанува слабеење на сигналите на повисоките фреквенции од f g за S=-6dB/oct. За пресметување се користат следните равенки:

AUB =

Rf R1

 Rf  R1

; AUB [db] = 20 ⋅ log

R1 ⋅ R f  1  ; f g = ; R2 = ; R VL =R 1 ; R IZ =R IZoz 2 ⋅π ⋅ Rf ⋅ C f R1 + R f 

Ограничувањата на АФК на овој принцип (со кондензатор C f паралелно додаден на отпорникот во негативната повратна врска) може да направиме кај секој засилувач било да е реализиран со операционен засилувач или со транзистори. Ваков FPNF најчесто се користи воаудио засилувачите со цел да се ослабат сигналите со f>20kHz кои иако не се чујни можат да предизвикаат пречки во работата на засилувачот. Исто така овој филтер може да се искористи за намалување на шумот на судиозасилувачите кој е поизразен на високи фреквенции (над 100kHz). Во тој случај во гранката на кондензаторот C f може да се постави прекинувач со кој по потреба ќе го вклучуваме C f ( тогаш колото ќе биде активен FPNF) или пак ќе го исклучиме C f (тогаш колото претставува само предзасилувач без филтерски својства).

19

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Активни електрични филтри од II ред со RC елементи во негативната повратна врска Основна особина на овие активни електрични филтри е тоа што е лесно изводливо да имаат засилување во пропусниот опсег (за разлика од активните филтри со RC елементи во позитивната повратна врска каде што во принцип A UB =0dB). На сликата 50 е прикажана општата шема на активен филтер со двојна негативна повратна врска која е остварена преку импедансите Z 4 и Z 5 .

Сл.50 Општа блок шема на активен филтер со двојна негативна повратна врска

Под претпоставка дека влезната отпорност на операциониот засилувач е бесконечно голема, а излезната отпорност на операциониот засилувач е нула, засилувањето на филтерот може да се претстави со следната равенка:

AU ( f ) =

U IZ − Y1 ⋅ Y2 (f )= U VL Y2 ⋅ Y4 + Y5 ⋅ (Y1 + Y2 + Y3 + Y4 )

Каде што Y 1 , Y 2 , Y 3 , Y 4 и Y 5 се означени адмитансите – реципрочните вредности на соодветните импеданси. Како што знаеме реалните операциони засилувачи се блиску до идеалните (A U0 >10000, R VLoz >1MΩ, R IZoz <1kΩ), па пресметката на филтерот ќе биде доволно точна за практична примена. Од основната блок шема на активниот филтер може да добиеме FPNF, FPVF и FPOF од II ред доколку некои од импедансите Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 и Z 5 ги замениме со отпорници, а некои со кондензатори. Понатаму во оваа глава ќе бидат разгледани вакви филтри од II ред конструирани според методот на Батерборт, кој најчесто се користи во пракса.

Активен FPNF од II ред Овој филтер е прикажан на сликата 51 а е добиен од основната шема на сликата ако импедансите Z 1 , Z 2 и Z 4 ги замениме со отпорници, а импедансите Z 3 и Z 5 со кондензатори. При проектирање на овој филтер зададена е горната гранична фреквенција f g и засилувањето во пропусниот опсег A UB , а за да може да се извршат пресметките, еден од елементите се избира произволно.

20

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.51 Активен FPNF од II ред со RC елементи во негативна повратна врска

Обично произволно се избира кондензаторот C 3 . Потоа останатите елементи се пресметуваат според следните равенки:

C5 ≤

2 ⋅ C3 2 ⋅ ( AUB + 1) R ; R4 = ; R1 = 4 ; AUB 4 ⋅ ( AUB + 1) 2 ⋅ π ⋅ f g ⋅ C 3 ⋅ 1 + C 3 − 2 ⋅ C 5 ( AUB + 1)

(

R2 =

)

1 4 ⋅ π ⋅ f ⋅ C 3 ⋅ C 5 ⋅ R4 2

2 g

Пример: Да се проектира ваков филтер за f g =1000Hz и A UB =1 (т.е. A UB =0dB). Решение: Произволно избираме C 3 =10nF, па продолжуваме со пресметките:

C5 ≤ R4 =

C 2 ⋅ C3 = 3 ⇒ C 5 = 2,5nF 4 ⋅ ( AUB + 1) 4

(

2 ⋅ ( AUB + 1)

2 ⋅ π ⋅ f g ⋅ C 3 ⋅ 1 + C 3 − 2 ⋅ C 5 ( AUB + 1)

R1 =

R4 = R4 = 45kΩ AUB

R2 =

R 1 = 4 = 22,5kΩ 2 4 ⋅ π ⋅ f ⋅ C 3 ⋅ C 5 ⋅ R4 2

)

=

2 = 45kΩ π ⋅ f g ⋅ C3

2 g

Вака пресметаните вредности потоа ги заокружуваме според постоечките стандарди.

Активен FPVF од II ред Овој филтер е прикажан на сликата 52, а е добиен од основната шема на сликата со замена на импедансите Z 1 , Z 2 и Z 4 со кондензатори, а импедансите Z 3 и Z 5 со отпорници. Овој FPVF всушност е добиен од FPNF на сликата со замена R→C и C→R.

21

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.52 Активен FPVF од II ред со RC елементи во негативна повратна врска

При проектирање на овој филтер зададена е долната гранична фреквенција f d и засилувањето во пропусниот опсег A UB , а за да се извршат пресметките еден од елементите се избира произволно. Обично се избира произволно кондензаторот C 1 , па потоа останатите елементи се пресметуваат според следните равенки:

C 2 = C1 ; C 4 =

2 ⋅ AUB + 1 2 ⋅ AUB C1 ; R3 = ; R5 = AUB 2 ⋅ π ⋅ f d ⋅ C1 ⋅ (2 ⋅ AUB + 1) 2 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ f d ⋅ C1

Пример: Да се проектира ваков FPVF за f d =10Hz и A UB =1. Решение: Произволно избираме C 1 =100nF. Па продолжуваме со пресметките.

C 2 = C1 = 100nF ; C 4 =

C1 = 100nF ; AUB

2 ⋅ AUB 2 0,075 = = = 75kΩ ; 2 ⋅ π ⋅ f d ⋅ C1 ⋅ (2 ⋅ AUB + 1) 6 ⋅ π ⋅ f d ⋅ C1 f d ⋅ C1 2 ⋅ AUB + 1 0,3376 R5 = = = 337,6kΩ f d ⋅ C1 2 ⋅ 2 ⋅ π ⋅ f d ⋅ C1 R3 =

Вака пресметаните вреднсоти ги заокружуваме според постечките стандарди.

Активен FPOF од II ред Како што е познато FPOF може да се добие со каскадна врска на FPNF и FPVF. Меѓутоа таквиот FPOF не може да има голем Q фактор таков FPOF се користи кога е потребен широк пропусен опсег. FPOF со поголем Q фактор може да добиеме ако во основната шема на филтерот прикажан на сликата ги замениме импедансите Z 1 , Z 3 и Z 5 со отпорници, а импедансите Z 2 и Z 4 со кондензатори. Ваков FPOF е прикажан на сликата 53 и тој може да се конструира со мал или голем Q фактор и со мало или големо засилување A UB . 22

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.53 Активен FPOF од II ред со RC елементи во негативна повратна врска

Централната фреквенција на овој филтер е :

f0 =

1 2 ⋅ π ⋅ Re ⋅ R5 ⋅ C 2 ⋅ C 4

; Re =

R1 ⋅ R3 R1 + R3

Почетната стрмнина на АФК (во близина на граничните фреквенции) зависи правопропорционално од Q факторот. Конечна стрмнина на АФК (далеку од граничните фреквенции) изнесува 12dB/oct т.е. филтерот е од II ред. При проектирање на овој филтер зададени се A UB (засилувањето во пропусниот опсег т.е засилувањето на централната фреквенција f 0 ) и барем два од следните три параметри: f 0 , Q и B ( т.е f d и f g ). Прво со помош на зададените параметри се пресметуваат останатите според претходно дадените равенки:

Q=

f0 ; f0 = B

f d ⋅ f g ; B=f g -f d

Потоа се проверува дали Q фкторот е поголем или помал од

AUB , па во зависност од тоа 2

пресметката се извршува на два начина. 1. Доколку е задоволен условот Q>

AUB пресметката се изведува на следниот начин: 2

Прво се избираат произволно кондензаторите C 2 и C 4 . Потоа останатите елементи се пресметуваат според следните равенки:

R1 =

R ⋅R C Q 1 ; Re = ; R3 = 1 e ; R5 = AUB ⋅ R1 ⋅ (1 + 4 ) ; C2 R1 + R3 2 ⋅ π ⋅ f 0 ⋅ AUB ⋅ C 4 2 ⋅ π ⋅ f 0 ⋅ Q ⋅ (C 2 + C 4 )

2. Доколку е задоволен условот Q<

AUB тогаш избираме произволни вредности за R 1 2

и R 3 од ред на величина на кΩ. Во R 1 влегува и излезната отпорност на претходниот степен, а за R 3 можеме да земеме да е R 3 =∞ т.е. да го изоставиме. Останатите елементи се пресметуваат според следните равенки:

23

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

R5 =

2011/2012

AUB ⋅ R1 AUB Q ; C4 = ; C2 = 2 2 ⋅ π ⋅ f 0 ⋅ Q ⋅ R5 2 ⋅ π ⋅ f 0 ⋅ AUB ⋅ R1 Q ⋅ Re 1− AUB ⋅ R1

Пример: Да се пресмета ваков FPOF за f 0 =160Hz и B=16Hz со засилување A UB =50 (т.е. A UB =34dB). Решение:

Q=

AUB f0 = 10 . Во овој случај е исполнет условот Q> 2 B

(Q>5), па пресметката ја

извршуваме според првиот метод: Избираме произволно C 2 =C 4 =100nF, па продолжуваме со пресметката:

R1 =

R ⋅R Q 1 = 500Ω ; R3 = 1 e = 667Ω ; = 2 кΩ ; R e = R1 + R3 2 ⋅ π ⋅ f 0 ⋅ AUB ⋅ C 4 2 ⋅ π ⋅ f 0 ⋅ Q ⋅ (C 2 + C 4 )

R5 = AUB ⋅ R1 ⋅ (1 +

C4 ) = 200кΩ . C2

Активен FNOPF од II ред И со активните филтри со RC елементи во негативната повратна врска може да се добие FNOPF според блок шемата на сликата. Меѓутоа така добиениот FNOPF не може да има голем Q фактор. FNOPF со поголем Q фактор (Q>1) т.е. со тесен непропусен опсег може да се добие според шемата на сликата 54. Овој филтер е добиен со помош на претходно разгледуваниот FPOF реализиран со О.З.1 и припадните елементи и со собирачкиот засилувач реализиран со О.З.2 R 6 , R 7 и R 8 . Во собиралкиот засилувач се собираат влезниот сигнал (со целиот свој спектар) преку R 6 и сигналите со фреквенции од пропусниот опсег на FPOF преку R 7 . Бидејќи О.З.1 во FPOF е во инвертирачки спој, сигналите со фреквенции во прпусниот опсег се со фазен став -180º, па во собиралкиот засилувач на тие фреквенции ќе настане вучност одземање на сигналите. На тој начин целото коло се однесува како активен FNOPF – врши слабеење на сигналите со одреден опсег на фреквенции околу f 0 . Заради поедноставување првиот дел од колото – FPOF се пресметува за единечно засилување и C 2 =C 4 =C, па затоа равенките за пресметување на неговите елементи го имаат следниот облик:

24

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.54 Активен FNOPF од II ред со RC елементи во негативната повратна врска

C 2 = C 4 = C ; R1 =

R1 Q ; R3 = ; R5 = 2 ⋅ R1 . 2 ⋅π ⋅ f0 ⋅ C 2 ⋅ Q2 −1

Слабеењето во непропусниот опсег a UB зависи од изедначеноста на јачините на влезниот сигнал и сигналот по FPOF, односно од вредностите на R 6 и R 7 . Обично за R 7 се става тример потенциометар со вредност R 7 =2R 6 со кој може да се подеси големината на слабеењето a UB во непропсниот опсег. Засилувањето во пропусниот опсег зависи од односот на R 8 и R 6 , меѓутоа оично се зема да целото коло има единечно засилување, па затоа треба да е R 8 =R 6 . При проектирање на овој FNOPF треба да бидат зададени a UB и барем два од следните три параметри: f 0 , Q и B (т.е.f d и f g ). прво се избира произволан вредност за кондензаторот C и отпорникот R 6 (R 6 >10kΩ), а останатите елементи се пресметуваат по дадените равенки. Потребната вредност за a UB се добива експериментално со подесување на тример потенциометарот R 7 .

Општи упатства за конструкција на активни електрични филтри 1. Засилувањето A UB на филтерот треба да биде многу помало од засилувањето на операциониот засилувач без повратна врска A U0 . Исто така и граничните фреквенции на филтерот треба да бидат многу помали од транзиентната фреквенција f T на операциониот засилувач. Односно, обратно кажано, операциониот засилувач што ќе го употребиме во филтерот треба да има f T >>f d ,f g и A U0 >>A UB . 2. При проектирање на активните филтри треба да ја нацртаме и теоретската АФК на филтерот. За таа цел прво ја нацртаме АФК на операциониот засилувач со помош на податоците за неговите A U0 и f T , па потоа ја цртаме АФК на филтерот со помош на податоците за A UB , граничните фреквенции и стрмнината. Како прв пример да ја погледнеме сликата 55 на која е прикажана теоретската идеална (под а) и реалната АФК (под б) на еден активен FPNF од II ред со A UB =20dB и f g =1kHz. Во филтерот е употребен операционен засилувач µА 741. Ако разгледуваниот активен FPNF од II ред е Батерворотов, неговата реална АФК теоретски треба да изгледа како на сликата крива 1, а ако е конструиран според Чебишевиот метод неговата реална АФК теоретски треба да изгледа како на сликата – крива 2. 25

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

а) б) Сл.55 а) Теоретска или идеална АФК на активен FPNF од II ред

Како втор пример на сликата 56 е прикажана теоретската идеална и реална АФК на еден Батервортов активен FPVF од II ред со A UB =30dB и f d =10Hz. Во филтерот е операционен засилувач µА 741.

а)

б)

Сл.56 Теоретска или идеална и реална АФК на FPVF

Како што гледаме од сликата 56.б пропусниот опсег на овој реален FPVF не е од f d до ∞ како кај некој едеален FPVF. Ова се должи на фреквентното ограничување на употребуваниот засилувач (во овој случај на µА 741). Поради тоа и кај FPVF се појавува горна гранична фреквенција f g . Таа во повеќето случаи е многу голема и не пречи во работата на филтерот, па затоа обично и не се зема во предвид при анализа на филтерот. Меѓутоа ако таа нескан горна гранична фреквенција не е доволно голема голема, може да ја зголемиме со употреба на друг операционен засилувач кој има поголема f T . На пр. Ако наместо µА 741 во претходно разгледуваниот FPVF употребиме TL071, непожелната горна граничан фреквенција од ≈30kHz ќе порасне на ≈150kHz. (Поради тоа што TL071 има f T ). Како трет пример за теоретско одредување на АФК на филтрите да ја погледаме сликата 57 на која е прикажана идеалната и реалната АФК на еден Батерворотв активен FPOF од II ред кој има A UB =20dB, f 0 =100Hz и Q=10. 26

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл.57 Теоретска или идеална и реална АФК на FPOF

3. За да филтерот во пракса има стабилни и точни карактеристики според пресметките потребно е отпорноста на отпорниците иреактансата на кондензаторите употребени во филтерот да бидат поголеми од излезната отпорност на операциониот засилувач, а многу помали од влезната отпорност на операциониот засилувач. Затоа при проектирање на филтерот потребно е да провериме дали избраните и пресметаните елементи го задоволуваат овој услов: R IZoz <2MΩ, тоа значи дека елементите треба да имаат R (односно X C ) од неколку стотина оми до неколку мегаоми. Доколку овој услов е исполнет, елементите на филтерот нема да влијаат на влезот и излезот на операциониот засилувач, така да филтерот ќе има стабилни и точни какрактеристики според пресметките. 4. За да филтерот во пракса има карактеристики што поблиски до пресметаните и зададеите потребно е да се употребат елементи со вредност што поблиску до пресметаните т.е да се употребат елементи со мала толеранција. Исто така за да се обезбеди стабилност на карактеристиките во поглед на промени на температурата, употребените елементи треба да имаат мал температурен коефициент. За да филтерот има голем однос сигнал шум треба да се употребат малошумни елементи (металослојни отпорници, пластини фолијски кондензатори, малошумен операционен засилувач). Кондензаторите во состав на филтерот не смеат да бидат електролитски. Единствено спрежните кондензатори смеат да бидат биполарни електролити, а во одредени случаи и поларизирани електролитски кондензатори. 5. Основните каркатеристики на филтеорт (R VL , A UB , АФК, ФФК), како што видовме не зависат од типот на операциониот засилувач. Од типот на операциониот засилувач завиосат следните карактеристики на филтерот: R IZ , односот сигнал-шум, факторот на пораст и изобличувањата. Затоа кога е битно и овие карактеристики на филтерот да бидат добри, потребно е да се употреби поквалитетен операционен засилувач- со помали сопствени изобличувања и шум, а поголем фактор на пораст. Од операционите засилувачи кои најчесто се сретнуваат во пракса, во однос на карактеристиките најкваитетен е TL071, TL081 и µA741. 6. Активните филтри се подложни на појавата на самоосцилирање поради несакана позитивна повратна врска од излезт кон влезот. Појавата на самоосцилирање може да настане поради позитивна повратна спрега и преку изворот на напојување. За да 27

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

се спречи тоа и за да се обезбеди постабилан работа на филтерот треба водовите за напојување да се става RC филтерски членови како на сликата 58. Со R X и C X дополнително се филтрира напонот на напојување – се смалува неговиот евентуално присутниот брум, се спрелува индукција на некои VF сигнали и се намалува можноста за самоосцилирање. При тоа е важно кондензаторите C X да бидат сместени што поблиску до изводите на интегрираното коло и да имаат мала паразитна индуктивност, што значи да бидат керамички. R X треба да бидат со вредности од 47Ω до 150Ω, а C X од 10nF до 100nF. Доколку на печатената плочка има повеќе операциони засилувачи, вакво филтерско коло за напојувањето треба да се примени кај секој операционен засилувач посебно.

Сл.58 Употреба на RC филтерски членови на водовите за напојување

Инаку напонот на напојување U CC како што знаеме, може да биде од ±5V до ±15V, а при тоа карактеристиките на на операциониот засилувач (а со тоа и на активниот филтер) да не зависат од вредноста на U CC . Единствено U IZmax зависи од вредноста на U CC . Врвната вредност на U IZmax приближно е за 1 до 3V помала од вредноста на U CC , U IZ max pp ≈ ±(U CC − 2V ) ; U IZ max ≈ (U CC − 2V ) . Ефективната вредност на максималниот излезен напон е U IZ max ≈

U VL max =

U CC − 2V 2

, а максималниот влезен напон е

U IZ max . AUB

Изработка, испитување и поправка на активните елктрични филтри 1. При изработка на активниелектрични филтри треба да се придржуваме до основните правила за изработка на електронски склопови. Прво треба да се изработи монтажна шема внимавајќи на правилен и функционален распоред на елементите. По изработката на печатената плочка се преминува на лемење на елементите и тоа по познатиот распоред: краткоспојници (ако ги има), отпорници, кондензатори и на крај полупроводници иизводи. За операциониот засилувач пожелно е да се користи подножје. 2. а) По изработка на филтерот треба да го испитаме во еднонасочен режим. Го приклучуваме филтерот на напојување, а на влезот и излезот ги оставаме слободни. На влезот (пин 2 и 3) и излезот (пин6) на операциониот засилувач не треба да постои еднонасочен напон, а на изводите за напојување треба да постои еднонасочен напон со вредност еднаква на +U CC ( на пин 7), односно –U CC ( на пин 4). Ако активниот филтер е со транзистори треба да биде U C >U B >U E при што U BE ≈0,1÷0,7V. б) Потоа треба да ги испитаме карактеристиките на филтерот. Карактеристиките на активните филтри се испитуваат на ист начин како кајзасилувачите на мали сигнали. 28

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Единствена разлика е во тоа што повеќето каарактеристики (како на пример Осетливоста, засилувањето, R VL , R IZ , U IZmax , U VLmax и THD) наместо на f=1kHz како што е тоа вообичаено за засилувачите, треба да ги измериме на некоја фреквенција во пропусниот опсег на филтерот. За FPOF таа фреквенција е f 0 , за FPNF овие испитувања се прават на f=f g /10, а за FPVF на f=10f d , a при f=f 0 треба да се испита и слабеењето во непропусниот опсег a UB . Поради овие причини покрај вредноста на соодветната карактеристика на филтерот во заграда треба да биде наведен и податок за тоа на која фреквенција е измерена карактеристиката. АФК и ФФк се испитуваат на ист начин како и кај засилувачите. АФК може да ја испитаме на еден од познатите начини: со тон генератор и електронски волтметри, со воблер генератор и осцилоскоп или пак со генератор на бел шум и спектрален анализатор. Испитувањето на АФК треба да го направиме во оној фреквентен опсег кој ќе го опфати пропусниот опсег и најмалку една декада од од непропусниот опсег. 3. Доколку филтерот не е исправен треба да го отстраниме дефектот придржувајќи се до основната постапка за проверка на електронски склопови: Прво треба визуелно да провериме дали има грешка во елементите, лемењето или на печатената плочка. Ако така не ја откриеме грешката треба да извршиме проверка во еднонасочен режим и во наизменичен режим (како кај засилувачите). Потоа со правилна анализа на резултатите добиени со овие испитувања со користење на теоретските сознанија може да ја откриеме и отстраним е грешката.

29

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

КОЛА ЗА ОБЛИКУВАЊЕ НА СИГНАЛИ И КОЛО ЗА СОБИРАЊЕ (СУМАТОР)

30

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Компаратор Компараторот е коло со две состојби на излезниот напон. Состојбата на излезниот напон се менува во зависност од моменталната вредност на влезниот напон во споредба со еден референтен напон. На сликата 59 е прикажана една типична изведба на компаратор реализиран со операционен засилувач и неговата преносна карактеристика. Операциониот засилувач работи без повратна врска што значи дека има многу големо засилување А U =A U0 . Поради тоа кога е U VL >U REF ⇒ U IZ ≈-U ZASop , а кога U VL
Сл.59 Електрична шема на компаратор и неговата преносна карактеристика

Компараторот поради ова својство може да се користи за многу намени, а доколку сакаме да ни послужи за претворање на синусен ( или некој друг) сигнал во правоаголен потребно е U REF =0 т.е R 2 да го заземјиме. Во тој случај штом почне позитивната полупериода на U VL (U VL >0) излезот на засилувачот поради големото A U ќе помине во негативно заситување (U IZ =-U ZAS ) и обратно за U VL <0 (негативни полупериоди на U VL ) ќе добиеме U IZ =+U ZAS како што е прикажано на сликата 60.

Сл.60 Преносна карактеристика на компаратор

Стрмнината на предната и задната ивица на добиениот правоаголен сигнал зависи од фреквенцијата на сигналот и од факторот на брзина (SLEW FACTOR) на употребениот операционен засилувач. Поголеми стрмнини т.е. поправилен правоаголен сигнал се добиваат со поголем Slew Factor на пример со TL071. Уште поправилен правоаголен сигнал се добива со специјален компаратор со хистерезисна крива т.н. Шмитово окидно коло (Шмитов тригер) како на сликата. Шмитовиот тригер за разлика од обичниот компаратор има два напонски прага преку кои се врши префрлање од едната во другата состојба – при растење на U VL префрлувањето од U IZMAX на U IZMIN се врши преку горниот праг U g , а при опаѓање на U VL префрлувањето од U IZMIN на U IZMAX се врши преку долниот праг U d слика 61. 31

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Шмитовиот тригер всушност претставува компаратор со позитивна повратна врска со која се намалува времето на префрлање од една во друга состојба и се добива негова независност од фреквенцијата на влезниот сигнал. При тоа се добива и помало влијание врз работата на компараторот од страна на шумот кој евентуално се содржи во влезниот сигнал. Напонот на хистерезата U H = ∆U IZ ⋅

R2 R2 треба да биде што е можно = (U IZMAX − U IZMIN ) ⋅ R2 + R3 R2 + R3

помал па затоа е потребно да R 3 >>R 2 , а за да се намалат грешките во работата на компараторот потребно е R 1 =R 2 ||R 3 . И кај Шмитовиот тригер (компараторот со хистереза) за да може да се искористи претворувањето на синусен (или некој друг сигнал) во правоаголен потребно е да U REF =0 т.е. R 2 да се заземји. Отпорникот од 100Ω служи за заштита на операциониот засилувач од евентуален краток спој на излезот, а керамичките кондензатори од 0,1µF служат за дополнително филтрирање на напонот на напојување и за спречување на самоосцилирање.

Сл.61 Електрична шема на Шмитов тригер

Диференцијатор Тоа е склоп кој на својот излез дава напон пропорционален на диференцијалот на влезниот напон. На сликата 62 е прикажана основната шема на еден пасивен и активен диференцијатор со операционен засилувач. Знакот минус во равенката за U IZ на сликата 63 укажува на промена на фазата на U IZ за 180º бидејќи операциониот засилувач е во инвертирачки спој.

Сл.62 Електрична шема на пасивен диференцијатор

Сл. 63 Електрична шема на активен диференицијатор

32

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Диференцијаторот најчесто се користи за добивање на тесни импулси (кои потоа служат за управување со фруги кола) од влезен правоаголен сигнал. Ова ќе биде остварено како што е прикажано на последниот дијаграм на сликата 64. Ако временската константа на диференцијаторот τ = R ⋅ C биде τ << T1 и τ << T2 . Знаејќи од математика дека правоаголан функција може да се добие како диференцијал од триаголна функција, може да заклучиме дека диференцијаторот може да ни послужи за добивање правоаголен сигнал од влезен триаголен сигнал. Во пракса обично се користи активен диференцијатор. Меѓутоа активниот диференцијатор на сликата 63 има недостаток тоа што неговото засилување AU = −

R расте со пораст на фреквенцијата поради што се XC

зголемува шумот и се создава можност за нестабилна работа (самоосцилирање).

Сл.64 Дијаграми на сигналите на влезот и излезот од диференцијаторот

Поради практичните реализации на активните дериватори се изработуваат со нешто изменета шема, на пример како на сликата 65.

а)

б)

Сл.65 Електрична шема на практична реализација на диференцијатор а) и дијаграмите на влезниот и излезниот напон од диференцијаторот б)

Диференцијаторот го сочинуваат операционен засилувач и C 1 и R 2 , а R 1 и C 2 се стават за да се намали засилувањето на високи фреквенции, а со тоа да се намали шумот и да се 33

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

подобри стабилноста на колото. Најголема фреквенција до која ова коло се однесува како диференцијатор е:

f VLMAX =

1 2 ⋅ π ⋅ R1 ⋅ C1

При тоа во колото мора да бидат задоволени и следните услови:

f VLMAX <

fT f и fg < T 2 ⋅ π ⋅ R2 ⋅ C1 AU

каде AU =

R2 1 и fg = R1 2 ⋅ π ⋅ R2 ⋅ C 2

За минимален офсет на U IZ потребно е да биде R 3 =R 2 , а за да има прецизно диференцирање потребно е да биде f VL <
Интегратор Тоа е склоп кој на својот излез дава напон пропорционален на интегралот на влезниот напон. На сликата 66 е прикажана основната шема на пасивен интегратор.

Сл.66 Електрична шема на пасивен интегратор

Како што се гледа од дијаграмите на сликата 67 доколку влезниот сигнал е правоаголен излезниот сигнал ќе биде триаголен ако временската константа на интеграторот τ = R ⋅ C биде τ >> T1 и τ >> T2 . При ова амплитудата на добиениот триаголен сигнал е помала од амплитудата на влезниот правоаголен сигнал. Излезниот сигнал е триаголен во случај на влезниот да е квадратен (Т 1 =Т 2 =Т/2), а ако влезниот сигнал е правоаголен (Т 1 ≠Т 2 ) излезниот сигнал ќе биде пилест.

34

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл. 67 Дијаграми на сигналите на влезот и излезот од интеграторот

Подобри резултати се постигнуваат со активен интегратор со операционен засилувач чија основна шема е прикажана на сликата 68.

Сл. 68 Електрична шема на активен диференцијатор

Знакот минус во равенката за U IZ укажува на промена на фазата на U IZ за 180º бидејќи операциониот засилувач е во инвертирачки спој. Ваквиот интегратор е нестабилен во еднонасочен режим бидејќи за DC напон нема негативна повратна врска. Поради тоа засилувањето за еднонасочен напон е многу големо (А UDC =A U0 ) па и некој мал случаен DC напон на влезот ќе предизвика заситување на излезот на операциониот засилувач.(U IZ =U ZASOZ ≈U CC ) Затоа практичните реализации на активен интегратор се изработуваат по нешто изменета шема на пример како на слика 69а. Со R 2 е остварена еднонасочна негативна повратна врска, а со тоа е обезбедеба стабилност на работната точка на интеграторот. Меѓутоа R 2 го намалува опсегот на фреквенции за кои колото се однесува како интегратор. Најмалата фреквенција при која колото се однесува како интегратор е:

f VLMIN =

1 2 ⋅ π ⋅ R1 ⋅ C1

При тоа треба да биде задоволен условот: f VLMIN >f g каде f g =

1 2 ⋅ π ⋅ R2 ⋅ C 2 35

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

а)

2011/2012

б)

Сл. 69 Електрична шема на практична реализација на интегратор а) и влезниот и излезниот сигнал од интеграторот б)

За да добиениот триаголен сигнал има добра линеарност потребно е да биде f VL >>f V LMIN . Со R 3 =R 1 ||R 2 се обезбедува минимален офсет на U IZ .

Коло за собирање (суматор) Колото за собирање се користи за мешање на повеќе сигнали во аудио миксетите. На сликата 70 е прикажана електричната шема на едно вакво коло за собирање. Потребно е R 1 , R 2 , ……, R n да бидат големи и обично се исти но и тоа со вредност од 47кΩ до 100кΩ. Засилувањето на овој засилувач не смее да биде големо најчесто A UB =1 до 5 пати. R 1 =R 2 =…..=R n =R, R VL1 =R 1 , R VL2 =R 2 ……

AUB = −

Rf R

Кондензаторот C 1 и C 2 се спрежни кондензатори не дозволуваат да помине еднонасочната компонента кон собирачкиот засилувач и кон излезот и имаат вредности од 50µF до 200µF.

Сл. 70 Електрична шема на коло за собирање (суматор)

36

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Испитување на колата за обликување на сигнали Најпознати кола за обликување на сигнали се компараторот, диференцијаторот и интеграторот. Заедничко за сите нив е дека при исполнување на одредени услови излезниот сигнал од овие кола има драстично сменет обликмво однос на влезниот сигнал. Затоа вопракса најчесто испитување на колата за обликување на сигнали е проверка на промените што ги врши тоа коло на обликот на сигналите. Ова испитување се прави според блок шемата дадено на слика 71.

Сл.71 Блок шема за испитување на компаратор, интегратор, дифернцијатор (кола за обликување на напон)

Како што гледаме за испитување на колата за обликување на сигнали потребен ни е функциски генератор и двоканален осцилоскоп (за активните кола за обликување потребен ние и извор за напојување). На првиот канал Y1 на двоканалниот осцилоскоп го набљудуваме влезниот сигнал, а на вториот Y2 канал го набљудуваме излезниот сигнал од колот за обликување. Ако немаме двоканален осцилоскоп може да користиме два едноканални осцилоскопи – едниот за набљудување на влезниот сигнал, а другиот за набљудување на излезниот сигнал. Можеме да користиме и само еден едноканален осцилоскоп со кој наизменично ќе го набљудуваме влезниот па излезниот сигнал. Сепак најдобро е и најлесно е испитувањето со помош на двоканален осцилоскоп бидејќи на него директно може да ги забележиме промените настанати вообликот и фазата на сигналот. Постапка за испитување: Од функцискиот генератор на влезот од колото ќе донесеме сигнали со различен облик (синусен, триаголен, правоаголен), со различна амплитуда (мала, средна, голема) и со различна еднонасочна компонента (нула, мала, средна, голема, позитивна и негативна). За секој сигнал на влезот на колото, на осцилоскопот ќе ги набљудуваме и влезниот и излезниот сигнал и ќе ги прецртаме на милиметарска хартија. Со правилна анализа на осцилограмите добиените различни сигнали може да добиеме целосна претстава за функцијата, карактеристиките и намената на испитуваното коло за обликување на сигнали.

37

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

СУГС ВЛАДО ТАСЕВСКИ ПРАКТИЧНА НАСТАВА III-ТА ГОДИНА Вежба број 5 Активен FPNF од II ред со RC елементи во повратната врска Изработил: Број:

Клас:

Бодови за мерење

Бодови за елаборат

Датум: Вкупно Бодови

Оценка

Прегледал Професор:

Цел на вежбата: • • • •

Да се проучат карактеристиките на операциониот засилувач и да го научат значењето на секој од пиновите на операциониот засилувач Да се измерат основите карактеристики на активниот FPNF од II ред, а тоа се осетливоста или U VLref , засилувањето A UB , максималниот влезен и излезен сигнал U VLmax , U IZmax . Да научи да ја испитува (снима) амплитудно-фреквентната карактеристика на предзасилувачот. Да се одредат пропусниот опсег на активниот FPNF од II ред B, долната и горната гранична фреквенција на предзасилувачот f d и f g од графикот на амплитудно фреквентната карактеристика.

Инструменти и средства за работа: • • • • • •

Макета активен FPNF од II ред со горна гранична фреквенција од f g =10kHz. Функциски генератор INSTEK 1013, Електронски волтметри Двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон Двоканален осцилоскоп HAMEG 303-6 Приклучни кабли

Опис на макетата: На макетата е реализиран активен FPNF од II ред RC елементи во повратната врска и со операционен засилувач.

38

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Припрема за вежба: 1. Да се проучат каталошките податоци на некој од операционите засилувачи µА741, TL071,TL081 или LF356 и да се наведат допуштените вредности на напонот на напојување, влезниот напон, вредноста на напонското засилување, влезната и излезната отпорност. U CC =...................................... U i =…………………………… A U0 =...................................... R VL =……………………….... R IZ =…………………………. 2. Објасни го значењето на секој од пиновите на едно од горенаведените операциони засилувачи, и да се нацрта истиот. Опис на пинови на операциониот засилувач µA741,TL071 или TL081 Број на пинот 1.

Опис на пинот

Број на пинот 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Опис на пинот

3. Да се опише принципот на работа и улогата на составните елементи на активниот FPNF од II ред.

39

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

4. Спореди ја електричната шема на активниот електричен филтер со макетата и да се означат вредностите на елементите според макетата. Елемент R

Вредност

Елемент C1

R

Вредност

C2

RP

5. Да се одредат теоретски основните карактеристики на активниот FPNF од II ред (А UB , U VLref , U VLmax , U IZmax , R VL , R IZ , f d , f g ) A UB =……………………………………………………………….............................[dB]

AUB =

U IZref U VLref

; U IZref =500mV(постандард)→ U VLref =

U IZref AUB

=

=................[mV]

U VLmax =......................................................................................................................[V] U IZmax =……………………………………………………………………………………[V] R VL =………………………………………………………………………………………[Ω] R IZ =R IZop =………………………………………………………………………………..[Ω] f g …………………………………………………………………………………………..[Hz] f d =………………………………………………………………………………………...[Hz] 40

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

6. Да се нацрта теоретската АФК на операцискиот засилувач и теоретската АФК на активниот FPNF од II ред.

Мерење: 7. Да се поврзи макетата на активниот FPNF од II ред на еднонасочен извор на напојување U CC =±12V. Со помош на мултиметар да се измерат напоните на пиновите 4 и 7 спрема маса. +U CC =U( на пин7)=...........................................................................................................[V] -U CC =U(на пин 4)=............................................................................................................[V]

Сл. Изглед на двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон

Напомена: Откако макетата биде поврзана на еднонасочен извор да се повика одговорниот наставник заради проверка на спојот. 41

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

8. Да се изврши мерење на основните карактеристики на дадениот актевен FPNF од II ред (U VLref , А UB , U VLmax , U IZmax ) a) Да се измери осетливоста на активниот FPNF од II ред или U VLref U VLref =………………………………………………………………………………………..[V] Упатство за изведба на вежбата: • • •

•

Поврзи ги инструментите и макетата според дадената блок шема Да се повика одговорниот наставник да го провери направениот спој Подеси го функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=f g /10=1kHz, и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека електронскиот волт метар EV2 не покаже вредност од 500mV(или 100mV, 775mV или 1V). Вредноста што ќе се отчита од електронскиот волтметар EV1 всушност ја претставува осетливоста на активниот FPNF или U VLref

b) Да се изврши мерење на засилувањето

АUB =

U IZ (mV ) = ………………………………………………………………………… U VL (mV )

U VL =…………………………………………………………………………………………[mV] U IZ =………………………………………………………………………………………….[mV]

Сл. Блок шема на поврзување на инструментите за мерење на основните карактеристики на активните електрични филтри и снимање на АФК на истиот

Упатство за изведба на вежбата: • • •

Поврзи ги инструментите и макетата според дадена блок шема, може да се искористи од претходната точка Подеси го функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=1kHz, и подеси ја амплитудата на функцискиот генератор така да електронскиот волтметар EV1 покаже вредност U VL =40mV. Прочитај ја вредноста на електронскиот волтметар EV2

42

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

9. Да се изврши снимање на АФК на дадениот активен FPNF од II ред. f[Hz]

20

40

80

160 320 640 1к

2к

4к

5к

10к

20к

40к

80к

100к

U VL [mV] U IZ [mV] А UB [dB] Упатство за изведување на вежбата: • • • • • • • • •

Поврзи ги инструментите и макетата според дадената блок шема Повикај го одговорниот наставник заради проверка на направениот спој Подеси го функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=f g /10=1кHz Менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека електронскиот волтметар ЕV2 не покаже 250mV (или 100mV,775mV или 1V) Она што го покажува електронскиот волтметар ЕV1 ја претставува осетливоста на активниот FPNF од II ред или U VLref Се менува фреквенцијата на влезниот сигнал според горната табела, и на елeктронскиот волтметар ЕV2 се отчитува излезниот сигнал Притоа нивото на влезниот сигнал мора да остане ист или константен Со помош на осцилоскопот се прати правилноста на брановите облици на влезниот и излезниот сигнал Откако ќе го измерите излезниот напон за сите фреквенции пресметајте го засилувањето според следната формула: AUB = 20 ⋅ log

U IZ U VL

43

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

10. Да се нацрта измерената АФК и од неа да се одредат f d , f g , B, А UB

11. Измерените карактеристики да се споредат со теоретските и да се даде заклучок за вежбата.

44

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

СУГС ВЛАДО ТАСЕВСКИ ПРАКТИЧНА НАСТАВА III-ТА ГОДИНА Вежба број 6 Активен FPVF од II ред со RC елементи во повратната врска Изработил: Број:

Клас:

Бодови за мерење

Бодови за елаборат

Датум: Вкупно Бодови

Оценка

Прегледал Професор:

Цел на вежбата: • • • •

Да се проучат карактеристиките на операциониот засилувач и да го научат значењето на секој од пиновите на операциониот засилувач Да се измерат основите карактеристики на активниот FPVF од II ред, а тоа се осетливоста или U VLref , засилувањето A UB , максималниот влезен и излезен сигнал U VLmax , U IZmax . Да научи да ја испитува (снима) амплитудно-фреквентната карактеристика на активниот електричен филтер. Да се одредат пропусниот опсег на засилувачот B, долната и горната гранична фреквенција на активниот електричен филтер f d и f g од графикот на амплитудно фреквентната карактеристика.

Инструменти и средства за работа: • • • • • •

Макета активен FPVF од II ред со горна гранична фреквенција од f d =1kHz. Функциски генератор INSTEK 1013, Електронски волтметри Двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон Двоканален осцилоскоп HAMEG 303-6 Приклучни кабли

Опис на макетата: На макетата е реализиран активен FPVF од II ред RC елементи во повратната врска и со операционен засилувач.

45

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Припрема за вежба: 1. Да се проучат каталошките податоци на некој од операционите засилувачи µА741, TL071,TL081 или LF356 и да се наведат допуштените вредности на напонот на напојување, влезниот напон, вредноста на напонското засилување, влезната и излезната отпорност. U CC =...................................... U i =…………………………… A U0 =...................................... R VL =……………………….... R IZ =…………………………. 2. Објасни го значењето на секој од пиновите на едно од горенаведените операциони засилувачи, и да се нацрта истиот. Опис на пинови на операциониот засилувач µA741,TL071 или TL081 Број на пинот 1.

Опис на пинот

Број на пинот 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Опис на пинот

3. Да се опише принципот на работа и улогата на составните елементи на активниот FPVF од II ред.

46

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

4. Спореди ја електричната шема на активниот филтер со макетата и да се означат вредностите на елементите според макетата. Елемент R1

Вредност

Елемент C

R2

Вредност

C

RP

5. Да се одредат теоретски основните карактеристики на активниот FPVF од II ред (А UB , U VLref , U VLmax , U IZmax , R VL , R IZ , f d , f g ) A UB =……………………………………………………………….............................[dB]

AUB =

U IZref U VLref

; U IZref =500mV(постандард)→ U VLref =

U IZref AUB

=

=................[mV]

U VLmax =......................................................................................................................[V] U IZmax =……………………………………………………………………………………[V] R VL =………………………………………………………………………………………[Ω] R IZ =R IZop =………………………………………………………………………………..[Ω] f g …………………………………………………………………………………………..[Hz] f d =………………………………………………………………………………………...[Hz] 47

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

6. Да се нацрта теоретската АФК на операцискиот засилувач и теоретската АФК на активниот FPVF од II ред.

Мерење: 7. Да се поврзи макетата на активниот FPVF од II ред на еднонасочен извор на напојување U CC =±12V. Со помош на мултиметар да се измерат напоните на пиновите 4 и 7 спрема маса. +U CC =U( на пин7)=...........................................................................................................[V] -U CC =U(на пин 4)=............................................................................................................[V]

Сл. Изглед на двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон

Напомена: Откако макетата биде поврзана на еднонасочен извор да се повика одговорниот наставник заради проверка на спојот. 48

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

8. Да се изврши мерење на основните карактеристики на дадениот активен електричен филтер (U VLref , А UB , U VLmax , U IZmax ) a) Да се измери осетливоста на активниот FPVF од II ред или U VLref U VLref =………………………………………………………………………………………..[V] Упатство за изведба на вежбата: • • •

•

Поврзи ги инструментите и макетата според дадената блок шема Да се повика одговорниот наставник да го провери направениот спој Подеси го функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=10f d =10kHz, и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека електронскиот волтметар EV2 не покаже вредност од 500mV(или 100mV, 775mV или 1V). Вредноста што ќе се отчита од електронскиот волтметар EV1 всушност ја претставува осетливоста на активниот FPVF или U VLref

b) Да се изврши мерење на засилувањето

АUB =

U IZ (mV ) = ………………………………………………………………………… U VL (mV )

U VL =…………………………………………………………………………………………[mV] U IZ =………………………………………………………………………………………….[mV]

Сл. Блок шема на поврзување на инструментите за мерење на основните карактеристики на активните електрични филтри и снимање на АФК на истиот

Упатство за изведба на вежбата: • • •

Поврзи ги инструментите и макетата според дадена блок шема, може да се искористи од претходната точка Подеси го функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=10kHz, и подеси ја амплитудата на функцискиот генератор така да електронскиот волтметар EV1 покаже вредност U VL =40mV. Прочитај ја вредноста на електронскиот волтметар EV2

49

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

9. Да се изврши снимање на АФК на дадениот активен FPVF од II ред. f[Hz]

20

40

80

160 320 640 1к

2к

4к

5к

10к

20к

40к

80к

100к

U VL [mV] U IZ [mV] А UB [dB] Упатство за изведување на вежбата: • • • • • • • • •

Поврзи ги инструментите и макетата според дадената блок шема Повикај го одговорниот наставник заради проверка на направениот спој Подеси го функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=10f d =10кHz Менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека електронскиот волтметар ЕV2 не покаже 250mV (или 100mV,775mV или 1V) Она што го покажува електронскиот волтметар ЕV1 ја претставува осетливоста на активниот FPVF од II ред или U VLref Се менува фреквенцијата на влезниот сигнал според горната табела, и на елктронскиот волтметар ЕV2 се отчитува излезниот сигнал Притоа нивото на влезниот сигнал мора да остане ист или константен Со помош на осцилоскопот се прати правилноста на брановите облици на влезниот и излезниот сигнал Откако ќе го измерите излезниот напон за сите фреквенции пресметајте го засилувањето според следната формула: AUB = 20 ⋅ log

U IZ U VL

50

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

10. Да се нацрта измерената АФК и од неа да се одредат f d , f g , B, А UB

11. Измерените карактеристики да се споредат со теоретските и да се даде заклучок за вежбата.

51

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

СУГС ВЛАДО ТАСЕВСКИ ПРАКТИЧНА НАСТАВА III-ТА ГОДИНА Вежба број 7 Активен електричен филтер од II ред со RC елементи во позитивна повратна врска Изработил: Број: Бодови за мерење

Клас: Бодови за елаборат

Датум: Вкупно Бодови

Оценка

Прегледал Професор:

1. Да се проектира активен Беселов/Батервортов/Чебишев FPNF/FPVF со f d =………..Hz/f g =……….Hz. • Да се нацрта шемата и да се опише принципот на работа. (1поен) • Да се одредат составните елементи според поставените услови (1поен) • Теоретски да се одредат најважните каерактеристики на предзасилувачот – A UB , U VLref , U VLMAX , U IZMAX , АФК (f d и f g ), R VL и R IZ . (1поен)

52

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

3 53

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

2. Да се нацрта монтажната шема и накратко да се опише постапката за изработка на активниот електричен филтер.

2 54

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

3. Да се изработи плочка со печатено коло ППК за дадениот активен електричен филтер. 4. Да се опише постапката за испитување на исправноста и фукнционирањето на активниот алектричен филтер.

2 55

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

5. Да се опише постапката за испитување на на најважните карактеристики на активниот електричен филтер- A UB , U VLref , U VLMAX , U IZMAX , АФК (f d и f g ).

56

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

3 57

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

6. Да се изработи зададениот активен електричен филтер. 7. Да се провери исправноста и функционирањето на зададениот активен електричен филтер и по потреба да се изврши негова поправка. 8. Да се изврши мерење на најважните карактеристики на изработениот активен електричен филтер. Измерената АФК да се нацрта на логаритамски график и од неа да се одредат граничните фреквенции и нелинеарноста во пропусниот опсег. • • • •

U VLref =……………………………………………..mV A UB =……………………………………………….dB f d =…………………………………………………..Hz f g =…………………………………………………..kHz

f[Hz] U VL [mV] U IZ [mV] А UB [dB]

8 9. Практично добиените каркатеристики да се споредат со теоретските и да се даде заклучок за вежбата.

58

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

СУГС ВЛАДО ТАСЕВСКИ ПРАКТИЧНА НАСТАВА III-ТА ГОДИНА Вежба број 8 Компаратор Изработил: Број:

Клас:

Бодови за мерење

Бодови за елаборат

Датум: Вкупно Бодови

Оценка

Прегледал Професор:

Цел на вежбата: • •

Да се проучат карактеристиките на операциониот засилувач и да го научат значењето на секој од пиновите на операциониот засилувач Да се научи улогата на компараторот како коло за обликување на сигнали, односно да се види како се менува обликот на излезниот сигнал при различни облици на влезниот сигнал донесени на влезот од компараторот, за разлини фреквенции и амплитуди.

Инструменти и средства за работа: • • • • •

Макета компаратор со операционен засилувач. Функциски генератор INSTEK 1013, Двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон Двоканален осцилоскоп HAMEG 303-6 Приклучни кабли

Опис на макетата: На макетата е реализиран компаратор со операционен засилувач.

59

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Припрема за вежба: 1. Да се проучат каталошките податоци на некој од операционите засилувачи µА741, TL071,TL081 или LF356 и да се наведат допуштените вредности на напонот на напојување, влезниот напон, вредноста на напонското засилување, влезната и излезната отпорност. U CC =...................................... U i =…………………………… A U0 =...................................... R VL =……………………….... R IZ =…………………………. 2. Објасни го значењето на секој од пиновите на едно од горенаведените операциони засилувачи, и да се нацрта истиот. Опис на пинови на операциониот засилувач µA741,TL071 или TL081 Број на пинот 1.

Опис на пинот

Број на пинот 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Опис на пинот

3. Спореди ја електричната шема на активниот филтер со макетата и да се означат вредностите на елементите според макетата. Елемент R1

Вредност

R2 R3

60

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

4. Да се опише принципот на работа и улогата на составните елементи на компараторот.

61

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

5. Да се одреди теоретски излезниот сигнал на овој компаратор во следните случаи: а) U REF =0V, а влезниот сигнал е синусен со f=500Hz и U=3V eff

б) U REF =+2V, а влезниот сигнал е синусен со f=500Hz и U=3V eff

62

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

в) U REF =+2V, а влезниот сигнал е синусен со f=1кHz и U=5V PP

г) U REF =-1V, а влезниот сигнал е триаголен со f=200Hz и U=8V PP кој има и еднонасочна компонента од +2V.

63

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

6. Да се опише постапката за испитување на функционирањетои карактеристиките на компараторот

Мерење: 7. Да се поврзи макетата на компараторот на еднонасочен извор на напојување U CC =±12V. Со помош на мултиметар да се измерат напоните на пиновите 4 и 7 спрема маса. +U CC =U( на пин7)=...........................................................................................................[V] -U CC =U(на пин 4)=............................................................................................................[V]

Сл. Изглед на двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон

Напомена: Откако макетата биде поврзана на еднонасочен извор да се повика одговорниот наставник заради проверка на спојот. 64

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

8. Со помош на осцилоскоп да се испита и нацрта обликот на излезниот сигнал да дадениот компаратор во случаите зададени во задача 5. Упатство за изведување на вежбата: • Поврзи ја макетата на компараторот со инструментите според дадената блок шема. • Повикај го одговорниот наставник да го провери направениот спој. • Подеси на функцискиот генератор синусен напон со фреквенција f=500Hz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека електронскиот волтметар не покаже 3V eff . • Подеси на стабилизираниот извор на еднонасочен напон U REF =0V. • Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

65

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл. Блок шема на поврзување на инструментите и макетата (компаратор) за негово испитување

Упатство за изведување на вежбата: • • •

Подеси на функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=500Hz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека електронскиот волтметар не покаже 3V eff . Подеси на стабилизираниот извор на еднонасочен напон U REF =+2V. Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

66

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Упатство за изведување на вежбата: • • •

Подеси на функцискиот генератор на триаголен напон со фреквенција f=1кHz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека на осцилоскопот не наместиме 5V PP . Подеси на стабилизираниот извор на еднонасочен напон U REF =+2V. Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

67

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Упатство за изведување на вежбата: • • •

Подеси на функцискиот генератор на триаголен напон со фреквенција f=200Hz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека на осцилоскопот не наместиме 5V PP . Подеси на стабилизираниот извор на еднонасочен напон U REF =+2V. Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

68

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

9. Практично добиените резултати да се споредат со теоретските и да се даде заклучок за вежбата.

69

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

СУГС ВЛАДО ТАСЕВСКИ ПРАКТИЧНА НАСТАВА III-ТА ГОДИНА Вежба број 9 Интегратор Изработил: Број:

Клас:

Бодови за мерење

Бодови за елаборат

Датум: Вкупно Бодови

Оценка

Прегледал Професор:

Цел на вежбата: • •

Да се проучат карактеристиките на операциониот засилувач и да го научат значењето на секој од пиновите на операциониот засилувач Да се научи улогата на интеграторот како коло за обликување на сигнали, и како се менува обликот на излезниот сигнал при влезни сигнали со различен облик, фреквенција и амплитуда.

Инструменти и средства за работа: • • • • • •

Макета компаратор со операционен засилувач. Функциски генератор INSTEK 1013, Електронски волтметри Двојни лабораториски стабилизирани извори на еднонасочен напон Двоканален осцилоскоп HAMEG 303-6 Приклучни кабли

Опис на макетата: На макетата е реализиран активен интегратор со операционен засилувач.

70

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Припрема за вежба: 1. Да се проучат каталошките податоци на некој од операционите засилувачи µА741, TL071,TL081 или LF356 и да се наведат допуштените вредности на напонот на напојување, влезниот напон, вредноста на напонското засилување, влезната и излезната отпорност. U CC =...................................... U i =…………………………… A U0 =...................................... R VL =……………………….... R IZ =………………………….

2. Објасни го значењето на секој од пиновите на едно од горенаведените операциони засилувачи, и да се нацрта истиот. Опис на пинови на операциониот засилувач µA741,TL071 или TL081 Број на пинот 1.

Опис на пинот

Број на пинот 2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Опис на пинот

3. Спореди ја електричната шема на активниот филтер со макетата и да се означат вредностите на елементите според макетата. Елемент R1 R2

Вредност

Елемент C1

Вредност

C2

R3

71

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

4. Да се опише принципот на работа и улогата на составните елементи на интеграторот.

72

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

5. Да се одреди теоретски излезниот сигнал на овој компаратор во следните случаи: а) влезниот сигнал е правоаголен со f=80Hz и U=5V PP

б) влезниот сигнал е правоаголен со f=160Hz и U=5V PP

73

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

в) влезниот сигнал е правоаголен со f=1кHz и U=5V PP

г) влезниот сигнал е правоаголен со f=5кHz и U=5V PP

74

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

6. Да се опише постапката за испитување на функционирањетои карактеристиките на интеграторот.

Мерење: 7. Да се поврзи макетата на интеграторот на еднонасочен извор на напојување U CC =±12V. Со помош на мултиметар да се измерат напоните на пиновите 4 и 7 спрема маса. +U CC =U( на пин7)=...........................................................................................................[V] -U CC =U(на пин 4)=............................................................................................................[V]

Сл. Изглед на двоен лабораториски стабилизиран извор на еднонасочен напон

Напомена: Откако макетата биде поврзана на еднонасочен извор да се повика одговорниот наставник заради проверка на спојот.

75

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

8. Со помош на осцилоскоп да се испита и нацрта обликот на излезниот сигнал да дадениот компаратор во случаите зададени во задача 5. Упатство за изведување на вежбата: • Поврзи ја макетата на интеграторот со инструментите според дадената блок шема. • Повикај го одговорниот наставник да го провери направениот спој. • Подеси на функцискиот генератор правоаголен напон со фреквенција f=80Hz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека на осцилоскопот не наместиме 5V PP . • Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

76

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Сл. Блок шема на поврзување на инструментите и макета (интегратор) за негово испитување

Упатство за изведување на вежбата: • •

Подеси на функцискиот генератор на синусен напон со фреквенција f=160Hz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека на осцилоскопот не наместиме 5V PP . Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

77

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Упатство за изведување на вежбата: • •

Подеси на функцискиот генератор на триаголен напон со фреквенција f=1кHz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека на осцилоскопот не наместиме 5V PP . Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

78

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

Упатство за изведување на вежбата: • •

Подеси на функцискиот генератор на триаголен напон со фреквенција f=5кHz и менувај ја амплитудата на влезниот напон се додека на осцилоскопот не наместиме 5V PP . Со помош на осцилоскопот нацртај го обликот на излезниот сигнал и напиши ги карактеристиките на осцилоскопот VOLT/DIV и TIME/DIV.

79

ПРИРАЧНИК ПО ПРАКТИЧНА НАСТАВА – III ГОДИНА ТЕМА: ПРИМЕНА НА ОПЕРАЦИОНИ ЗАСИЛУВАЧИ

2011/2012

9. Практично добиените резултати да се споредат со теоретските и да се даде заклучок за вежбата.

80