Материал: LS-Sb88871

Скачать файл

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ В СИСТЕМЕ NI ELVIS

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Схемотехника»

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2012

УДК 621.38

Экспериментальное исследование устойчивости электронных устройств в системе NI ELVIS: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Схемотехника» / Сост.: И. В. Герасимов, К. Г. Жуков, А. И. Ларистов,

В. А. Михалков, Ю. М. Соколов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. 28 с.

Содержат описания лабораторных работ по устойчивости и генерации электронных устройств с использованием учебной лабораторной станции виртуальных приборов NI ELVIS.

Предназначены для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная техника», обучающихся по дисциплине «Схемотехника».

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

Лабораторная работа 1

СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Целью работы является исследование различных способов обеспечения устойчивости усилителей с общей отрицательной обратной связью (ООС), на базе которых реализуются многие аналоговые электронные устройства (усили-

тели постоянного и переменного тока, активные фильтры, стабилизаторы напряжения и тока и т. д.). При этом для анализа устойчивости усилителей ис-

пользуются логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) и критерий устойчивости Найквиста в терминах ЛАЧХ. Экспериментальные исследования проводятся на базе учебной лабораторной станции виртуальных приборов NI ELVIS.

1.1. Общие сведения

По критерию устойчивости Найквиста усилитель с общей ООС устой-

чив, если на частоте среза fср , где модуль его петлевого усиления T jf ра-

вен единице, абсолютное значение дополнительного фазового сдвига φT (f )

по контуру обратной связи меньше 180° (рассматриваются минимально-

фазовые системы, устойчивые в разомкнутом состоянии). Для минимальнофазовой системы существует однозначное соответствие между ЛАЧХ

LT f 20lg T jf и фазовой частотной характеристикой (ФЧХ) T ( f ), а

именно: если наклон ЛАЧХ составляет ±20 дБ/дек., то фазовый сдвиг T ( f )

стремится к ±90°; если наклон ЛАЧХ составляет ±40 дБ/дек., то фазовый сдвиг стремится к ±180° и т. д. Поэтому для устойчивости усилителя с общей ООС, как правило, необходимо, чтобы наклон ЛАЧХ петлевого усиления

LT (f ) в районе частоты среза fср не превышал –40 дБ/дек. Если необходимо обеспечить значительный запас устойчивости усилителя по фазе Δφ 180

( φT fср 30...50 ), то целесообразно, чтобы в районе частоты fср, наклон ЛАЧХ LT (f ) составлял –20 дБ/дек.

Следует отметить, что в данной лабораторной работе нужно снять и исследовать значительное число ЛАЧХ и ФЧХ усилителей, что наиболее выиг-

рышно раскрывает возможности визуализации анализатора Боде. Однако ре-

DA1

DA2

Вх1

Вых

Вх2

вых

Ground

LUi, дБ

20lg

KU3

20lg

KU1

–20

20lg

KU2

f2–f3

fср

f, Гц

–60

–40

f, Гц

–90

–180

–270

Рис. 1.1

альный частотный диапазон этого прибора составляет 5…35 000 Гц, а про-

блемы высокочастотной неустойчивости усилителей, как правило, возникают на частотах 0,1…100 МГц. Что делать? Выход состоит в том, чтобы в лабора-

торной работе изложить способы обеспечения устойчивости усилителей инвариантно к частотному диапазону, а схемотехнические примеры, их иллю-

стрирующие, перевести с использованием RC-цепей и интегральных операционных усилителей в частотный диапазон анализатора Боде (физическое моделирование).

На рис. 1.1, а приведена функциональная схема исследуемого усилителя,

состоящего из двух усилительных подсхем DА1 и DА2. Усилитель устойчив в разомкнутом состоянии, и задачу обеспечения устойчивости целесообразно решать только при его работе с цепью глубокой ООС. Для анализа устойчивости усилителя необходимо располагать информацией о ЛАЧХ подсхем

DА1 и DА2. Они построены таким образом, что коэффициент передачи по напряжению подсхемы DА1 соответствует апериодическому звену второго порядка, а коэффициент передачи подсхемы DА2 – апериодическому звену первого порядка:

K	s U	2	s U	s K	1 τ s 1 τ		2	s ,
U1		2	1	U1		1	2		(1.1)

KU2 s Uвых s U2 s KU2 1 τ3s .

При этом коэффициент передачи всего усилителя определяется соотношением:

K (s) U

вых

s K

1 τ

s , K

(1.2)

1 τ s 1 τ

K K

, τ

, τ τ

U1 U2

В соответствии с выражениями (1.1), (1.2) на рис. 1.1, б приведены

ЛАЧХ (LUi f 20lg

KUi jf

;

2πτi , i 1,

2, 3)

и ФЧХ i( f ) для

подсхем DA1, DA2 и для всего нескорректированного усилителя (характери-

стики 1, 2 и 3 соответственно). Из рассмотрения характеристики 3 очевидно,

что в районе частоты среза fср наклон ЛАЧХ всего усилителя составляет

–60 дБ/дек. и абсолютное значение фазового сдвига превышает 180°. Следо-

вательно, если в данный усилитель ввести глубокую ООС, то он будет неустойчив. Далее рассматриваются различные способы обеспечения устойчиво-

сти усилителя (рис. 1.1, а) с цепью общей ООС

Источник: https://studfile.net/preview/16439000/

Смотрите также:

4704
Выготский Л.С.. Основные проблемы современной дефектологии
Методы ценообразования
Сварка сгона трубопровода
Формирование и управление персоналом
Электрооборудование силовых установок