15- laboratoriya ishi operatsion kuchaytirgich tadqiqoti
Download 478.24 Kb. Pdf ko'rish
|
lab 15
- Bu sahifa navigatsiya:
- 15.1. Nazariy ma’lumotlar
- 1. Dastlabki hisoblashlar
- 3. Ishni bajarish tartibi 3.1. Invertorlamaydigan kuchaytirgichning tadqiqoti
- 3.3. OKli invertorlovchi summator tadqiqoti
15- LABORATORIYA ISHI OPERATSION KUCHAYTIRGICH TADQIQOTI
chuqur manfiy teskari bog’lanishli (MTB) invertorlovchi va invertorlamaydigan kuchaytirgichlar tadqiqoti; - OK li invertorlovchi jamlagich ishining tadqiqoti; - OK ning komparator sifatida ishlashini tekshirish.
Operatsion kuchaytirgichlar (OK) - o’zida analogli kuchaytirgich xususiyatlarining afzalliklarini jamlagan, eng ko’p tarqalgan kuchaytiruvchi integral mikrosxema (IMS) hisoblanadi. Ikkita kirish va bitta chiqishga ega bo’lgan, kuchlanish bo’yicha kuchaytirish koeffitsienti katta, hamda kirish qarshiligi katta, chiqish qarshiligi kichik bo’lgan o’zgarmas tokli differentsial kuchaytirgichni (O’TK) OK deb atash qabul qilingan. Odatda, uning natijaviy tavsiflarini aniqlovchi tashqi chuqur manfiy teskari boshlanishli (MTB) OK qo’llanadi. 15.1,a-rasmda OKning shartli grafik belgilanishi keltirilgan. 1-kirishga kuchlanish signali 1
u berilganda, chiqishda 1
kuchlanish olinadi. 2-invertorlovchi kirishga 2
u kuchlanish signali berilganda, OK ning chiqishida 2
kuchlanish olinadi. Real OKlarning hossalari bo’lgan ideal OKlarning hossalariga yaqinlashadi. Masalan, RP140UD8 turdagi OK quyidagi parametrlarga ega:
- quyi chastotalarda (QCh) kuchlanish bo’yicha kuchaytirish koeffitsienti;
1 q 1 MHz - QCh kuchaytirish koeffitsienti μq1 bo’lgandagi chastota; 3 10 ÊÈÐ R MΩ –kirish chastotasi. O’zgaruvchan tashkil etuvchisi bo’yicha OKning chiziqli umumlashtirilgan sxemasi 15.1-b, rasmda keltirilgan. Kirishga 2 1
ÊÈÐ ÊÈÐ u u u kuchlanish berilganda OK chiqishida ) (
1 ÊÈÐ ÊÈÐ ×ÈÊ u u u kuchlanish xosil bo’ladi. Ko’pgina holatlarda OKning ideallashtirilgan almashtirish sxemasini qo’llash mumkin (15.1-v, rasm). OKning invertorlanmaydigan sxemasi 15.2-a, rasmda ko’rsatilgan.
15.1-rasm. Operatsion kuchaytirgich (a) va uning almashtirish sxemasi belgilanishi (b,v) Kuchlanish bo’yicha cheklangan kuchaytirish koeffitsientiga ega bo’lgan invertorlamaydigan OK sxemasi 15.2,a-rasmda keltirilgan. 15.2-rasm. OKli invertorlanmaydigan kuchaytirgich (a) va uning uzatish tavsifi (b) Kirish va
chiqish qarshiliklari orasidagi farqlar
R R ÷èê êèð ; ÷èê êèð êèð êèð ÷èê êèð R R R R R R 2 1 ; ; deb faraz qilib, (real OKlarda ushbu shartlar bajarilishi engil), kuchaytirgich kirishidagi teskari bog’lanish kuchlanishi qiymatini aniqlaymiz
2 1 1 2 . (15.1) Chiqish kuchlanishi OKning kirishidagi kuchlanishlar farqi bilan aniqlanadi
êèð ÒÁ êèð ÷èê u u u u u (15.2) TBni e’tiborga olib, kuchlanishning natijaviy kuchaytirish koeffitsienti
, 1 U U K ВХ ВЫХ Uоо (15.3) ya’ni, TBsiz bo’lgandan kichik.
Agar bo’lsa
. 1 1 1 2 R R U U K êèð ÷èê UÒÁ .
(15.4) Kuchaytirish koeffitsienti UÒÁ K faqat R 2 G’R 1 ga bog’liq bo’lsa ham, ular ixtiyoriy tanlanishi mumkin deb bo’lmaydi. Amaliy sxemalarda bu qarshiliklar 6 3 10 10 Ω. oralig’ida qabul qilinadi. Chuqur TB kiritilganda kuchaytirgichning chiqish qarshiligi OKning xos chiqish qarshiligidan ancha kichik bo’ladi (R chikTB
< ). Kirish va chiqish qarshiliklarni quyidagi ifodalar yordamida aniqlash mumkin:
1 . êèð ÒÁ êèð R R ; (15.5)
1 . ÷èê ÒÁ ÷èê R R . (15.6) OKning chiqish kuchlanishi U
, bunda U M -IMS
manbaining kuchlanishi. 15.2,a-rasmdagi sxemada chiziqli kuchaytirish rejimi kirish kuchlanishining Uîñ â êèð K U u qiymatida erishiladi. UÒÁ K bo’lganligi uchun MTBli OKning chiziqli kuchaytirish kengligi etarli darajada kattadir (15.2,b-rasm). Tavsifning chiziqli qismidagi uzatish tavsifining (UT) nishabligi kuchaytirish koeffitsienti
qiymati bilan aniqlanadi: 1-chiziq 3 .
ÒÁ U K uchun; 2-chiziq 10 . ÒÁ U K uchun. Shunday qilib MTBni kiritish bilan UTning chiziqli oralig’ini kengaytirish imkonini beradi. Kuchaytirish qurilmalarida, shuningdek aktiv RC-filtrlar, avtogenerator, komparatorlarda MTBli OK asosida qurilgan invertorlovchi kuchaytirgichlar (15.3,a-rasm) keng qo’llaniladi. Kirish signali va MTB signali invertorlovchi OKning kirishiga beriladi, bunda
va
ÒÁ i toklarning yig’indisi hosil bo’ladi (15.3,a-rasm). Bunday MTB parallel MTB deyiladi. Quyidagi shartlarni
; 2 1 ; R R R R ÷èê êèð bajaruvchi MTBli OK kuchaytirish koeffitsientini aniqlaymiz. Bu shartlar real OK sxemalarida oson yo’l bilan bajariladi, chunki IMSlarda , shuning uchun i i i ÒÁ êèð .
15.3-rasm. Invertorlovchi kuchaytirgich (a) va uning uzatish tavsifi (b) Agar OKning UT chiziqli qismida uning kirishlari orasidagi kuchlanish 0
u ekanligini e’tiborga olsak, u holda i R i R u êèð êèð 1 1 ; (15.7)
i R i R u ÒÁ ÷èê 2 2 ; (15.8)
demak . 1 2 R R U U K êèð ÷èê UÒÁ (15.9) Ifodadagi minus ishorasi kirish va chiqish kuchlanishlarining qutblari qarama- qarshi ekanligidan dalolat beradi. Kuchaytirish koeffitsienti U ÒÁ U K K . , ammo bunda
UÒÁ K qiymati faqat R 2 G’R 1 qarshiliklar nisbatiga bog’liq bo’ladi, shuning uchun stabillik juda yuqori bo’ladi. Ko’rilayotgan MTBli invertorlovchi kuchaytirgich (15.3,a-rasm) sxemasining kirish qarshiligi R
invertorlamaydigan kuchaytirgich (15.2,a-rasm) kirish qarshiliga nisbatan juda kichik. Invertorlovchi OK tarkibigi MTBni kiritish uning chiqish qashiligini anchagina pasaytiradi
1 R R ÒÁ ÷èê . (15.10) Bunda
R chik TB
Invertorlovchi kuchaytirgich (15.3,b-rasm) uzatish tavsifi invertorla- maydigan kuchaytirgichning (15.2,b-rasm) UTdan shu bilan farq qiladiki, u tekislik koordinata tizimining 2- va 4-kvadrantlarda joylashgandir. OKlar asosida kirish elektr signallari bilan har turdagi matematik amallarni [qo’shish, ayirish, differentsiallash (15.2-rasm), integrallash (15.3-rasm) va h.k.] bajarish uchun sxemalar yaratiladi. Bunday qurilmalar avtomatik boshqarish tizimlarida (ABT) keng qo’llaniladi. Ular analog EHMning asosini tashkil etadilar. 15.4,a-rasmda invertorlovchi uchta kuchlanishni qo’shuvchi summator sxemasi kultirilgan. U MTB zanjirli invertorlovchi kirishli OK asosida yig’ilgan. OKda R chik katta bo’lganligi sababli i
15.3,a-rasm sxemasidagi kabi i TB q u chik G’R TB .
Kirish toklari i 1 q u kir1 G’R; i 2 q u kir2 G’R; i 3 q u kir3 G’R , unda (15.19)ga ko’ra (u kir1 Qu kir2 Q u kir3 )G’R q -u chik G’R TB , (15.12)
chunki
R u R u u u u êèð ÷èê êèð êèð êèð 1 3 2 1 ) (
(15.13)
RqR os bo’lganda u chik q -(u kir1 Qu kir2 Qu kir3 ). (15.14) Ushbu ifodada oldidagi minus ishorasi shuni ko’rsatadiki, qiymatlar sxemada (15.4,a-rasm) qo’shilishidan tashqari, signallar qutblarining invertorlanishi sodir bo’ladi. 15.4,b-rasmda invertorlovchi summatorning ishlashini tushintirluvchi vaqt diagrammalari keltirilgan. Tashqi TBsi bo’lmagan 15.4-rasm. Uch kirishi bo’lgan OKli invertorlovchi summator va OU (a) va summatorning kirishi va chiqishidagi kuchlanishlar (b) OKning nochiziqli rejimi kuchlanishlarni taqqoslash sxemalari (komparator) sifatida ishlatilishi mumkin. Komparator impuls sxemalari asosiy elementlari hisoblanadi. Manfiy ishora qo’shish bilan birga signallar qutblanishini inverslash xam amalga oshishini ko’rsatadi. 15.4-b rasmda jamlagich ishini tasvirlovchi vaqt diagrammalari keltirilgan. Nochiziqli ish holatida tashqi TBlarsiz OK kuchlanishlarni taqqoslash sxemasi sifatida (komparator) qo’llanishi mumkin. Komparator impulsli sxemaning asosiy elementlaridan biridir. IMSli real OKlarda
komparatorning ishga tushirish (qayta ulash) kirish kuchlanishi u o’rta
qU chik max G’
kuchlanish ancha kichik va birnecha millivoltni tashkil etadi. Ideal OKda
va u o’rta 0. IMS dagi real OKda u o’rta bir necha millivoltdan katta emas. Shunday qilib, u
> u kir2 bo’lganda
u chik q U chik, max , o’rinli bo’ladi, u kir1 - u kir2 < 0 bo’lganda esa, ya’ni u kir1 < u kir2 bo’lganda u chik q U chik, max , o’rinli bo’ladi (15.5-rasm). Demak, OK chiqish kuchlanishi
2 1 , kirish kuchlanishining qay biri kattaroq ekanligiga bog’liq va, demak, OK ikki kuchlanishlar tanlov sxemasidir, ya’ni komparatordir. 15.5,a-rasmda komparator kirishidagi kuchlanishlar: 1
u - sinusoidal, 2
- o’zgarmas kuchlanishdir. Komparator 2 1
êèð u u kuchlanishlar tenglashgan onda ulanadi va chiqish kuchlanishi to’g’ri burchakli impuls shakliga ega (15.5,b-rasm). Sinusoidaning berilgan amplitudasi U m da bu impulslarning kengligi 2
kuchlanish qiymatiga bog’liq. Shunday qilib, OKli soddalashtirilgan komparator sinusoidal kuchlanishni to’g’ri burchakli impulsga aylantiruvchi o’zgartkich sifatida xizmat qilishi mumkin ekan.
15.5-rasm. OKli komparator kirish va chiqishidagi kuchlanishlar vaqt diagrammasi Sanoatda komparatorlar maxsus IMS shaklida ishlab chiqariladi. Ular OKning nochiziqli rejimi sxemasidan shu bilan farqlanadilarki, ularning qayta ulanish vaqti kamroq va ularda chiqish kuchlanishi stabilroqdir. IMSli real OK chastotaning keng diapazonida ishlashi shu bilan qiyinlashadiki, signal chastotasi ortishi bilan uning kuchaytirish koeffitsienti keskin kamayadi. 15.6,a-rasmda MTBsiz LF412A turdagi
15.6-rasm. OK MTBsiz LF412A o’lchash sxemasi (a) va LAChX OKning o’lchash sxemasi va 15.6,b-rasmda logarifmik kuchaytirish koeffitsienti S Electronics Workbench dasturi yordamida qurilgan AChT grafigi keltirilgan. Chastota ortishi bilan
kuchaytirish koeffitsientining pasayishi kuchaytirgichning aktiv komponentlarida (bipolyar va dala tranzistorlarida) zaryadlar o’tishi jarayonining inertsialligi bilan va OK sxemasida nazoratsiz sig’im bog’lanishlarining mavjudligi bilan tushuntiriladi. OKlar turlarida tezkor impulsli OKlar alohida o’rin tutadi. Bunday OKlarda impulsning o’rnatilish vaqti mikrosekundning yuzdan bir ulushini tashkil etadi, kuchaytirish koeffitsienti 10 4 bo’lganda noldan (ya’ni, o’zgarmas tokdan birnecha yuzlab MHz yoki birnecha GHzni tashkil etadi).
2.1. Invertorlamaydigan kuchaytirgich sxemasi (15.2,a-rasm) uchun R1qN
kuchaytirish koeffitsientlari K va S ni aniqlang. Kuchaytirgichning kuchlanish bo’yicha kuchaytirish koeffitsientini quyidagi ifoda yordamida aniqlang
bunda KqU 2 G’U 1 – kuchlanish kuchaytirgichining kuchaytirish koeffitsienti. Hisob natijalarini 15.1-jadvalga kiriting. u вх1 t
0 u вх2 t
0 u вых t
0 б)
u вых
R ос
R а)
R R
i 1
i 3
i 2
u вх1
u вх2 u вх3 i ос Hisoblash va o’lchovlar natijalari 15.1-jadval R 1
R 2 q Nq…, kΩ R 2 q2Nq…, kΩ U 1 q…V U 2 ,V KqU 2 G’U 1 S, dB
U 2 ,V KqU 2 G’ U 1
S, dB Sxema
ris. 15.2,a
Raschyot
Izmereniya
Otnositelnaya pogreshnost , %
Sxema ris.
15.3,a Raschyot
Izmereniya
Otnositelnaya pogreshnost , %
2.2. Invertorlovchi kuchaytirgich sxemasi (15.3,a-rasm) uchun (R 1 qN kΩ, R 2 qN kΩ va R 2 q2N kΩ bo’lganda (15.9) ifoda yordamida KqU 2 G’U 1
kuchaytirish koeffitsientini hisoblang. 3. Ishni bajarish tartibi 3.1. Invertorlamaydigan kuchaytirgichning tadqiqoti 15.6,a-rasmda keltirilgan OKli kuchaytirgich sxemasini chizing va yig’ing. Garmonik kuchlanish generatori G1 ning chiqishida (sxema kirishida) 1 f kHz. chastotali U 1 q0,5 V. kuchlanish o’rnating. R 2
2 qN; R 2 q2N kΩ) va R 1 q1 kΩ da kuchaytirgichning kuchlanish bo’yicha kuchlanish KqU 2 G’U 1 koeffitsientini V 1
2 voltmetrlar yordamida o’lchang. O’lchov natijalarini 15.1-jadvalga kiriting. R 1 va R 2 qarshiliklarning yuqorida ko’rsatilgan qiymatlarida kuchaytirgich (15.6,v-rasm) kirishi u 1 (t) va chiqishida u 2 (t) kuchlanishlarning grafiklarini ostsillograf ekranidan chizib oling. Chiqish kuchlanishining kirish kuchlanishiga bog’liqligi u 2 qf(u 1 ) funktsiyasi uning uzatish tavsifi (UT) deyiladi. Invertorlamaydigan kuchaytirgichning UT (15.2,a-rasm) koordinata tekisligining birinchi va uchinchi kvadrantlarida joylashgan (15.2,b-rasm). Ostsillograf ekranida UT tasvirini hosil qilish uchun A, V rejimida uning ichki razvertkasini o’chirish zarur. Buning uchun razvertka «VREMYaG’DEL» tezligini (chastotasini) o’zgartirish pog’onali kalitini chap tomonga, ya’ni soat mili yo’nalishiga qarama-qarshi yo’nalishda X-Y belgigacha burish zarur. Bunda ostsillografning «A» kirishidagi kuchlanish elektron nurni gorizontal yo’nalishda siljitadi, ya’ni argument X bo’yicha razvertka vazifasini bajaradi, «B» kirishidagi kuchlanish elektron nurni vertikal yo’nalishda siljitadi, ya’ni funktsiya U bo’yicha razvertka vazifasini bajaradi. Invertorlamaydigan kuchaytirgichning UT quyi chastotalarda kichik kiruvchi kuchlanishlarda koordinata boshidan o’tgan nishablangan to’g’ri chiziqni tashkil etadi. Bu esa kirish va chiqish kuchlanishlari orasidagi fazalar farqi nolga teng ekanligini ko’rsatadi (15.6,v-rasm). Ostsillograf ekranidan kirish kuchlanishining ikki qiymatlari U 1 q 0,2V. va U 1 q1V. uchun UTni chizib oling
15.6-rasm. OKli cheklangan kuchaytirishli invertorlamaydigan kuchaytirgich tadqiqoti sxemasi (a), ostsillografning ekranidagi kirish va chiqish kuchlanishlari grafigi (b), R 1 qR 2 bo’lgandagi kuchaytirgichning uzatish tavsifi (v) 3.2. Invertorlovchi kuchaytirgichning tadqiqoti 15.7,a-rasmda keltirilgan OKli kuchaytirgich sxemasini chizing va yig’ing. Chastotasi 1 f kHz., kuchlanishi U 1 q0,5V., R 2 ning ikki qiymatlarida R 2 qN kΩ i R 2 q2N kΩ va R 1 qN kΩ bo’lgandagi kuchaytirgichning kuchlanish bo’yicha KqU 2 G’U 1 kuchaytirish koeffitsientini o’lchang.
15.7-rasm. OK asosida cheklangan kuchaytirishli invertorlovchi kuchaytirgich tadqiqotining sxemasi (a), kirish va chiqish kuchlanishlari ostsillogrammalari (b), R 1 qR 2 bo’lganda kuchaytirgich uzatish tavsifi (v) Ostsillograf ekranidan yuqorida keltirilgan qarshiliklar qiymatlarida hosil qilingan kirish u 1 (t) va chiqish u 2 (t) kuchlanishlarining oniy qiymatlari diagrammalarini chizib oling (15.7,b-rasm). O’lchab olingan K ning qiymatlarini 15.1-jadvalga kiriting. Invertlovchi kuchaytirgichning o’lchangan UTsi tadqiqoti invertorlanmaydigan kuchaytirgichniki kabi (15.1.-rasmga qarang) bajariladi. Bu holda shuni e’tiborga olish zarurki, invertorlovchi kuchaytirgichda kirish va chiqish kuchlanishlari orasidagi fazalar farqi 180 0 ga teng, ya’ni ko’rsatilgan kuchlanishlar qarama-qarshi fazada, UT da 2- va 4-kvadratlarda joylashgan (15.7,b-rasm).
Kuchaytirgich sxemasini yig’ing (15.8,a-rasm). 15.8-rasm OK li invertorlovchi summatorning sxemasi (a), summatorning birinchi kirishidagi u
va ikkinchi kirishidagi u 2 kuchlanish, invertorlovchi summator chiqishidagi kuchlanish (u
Q u 2 ) (b) OKli invertorlovchi summatorning sxemasini (15.8,a-rasm), summator kirish
1 va chiqish u 2 kuchlanishlarini ostsillograf ekranidan chizib oling. 3.4. OKli komparator tadqiqoti OKli komparator sxemasini yig’ing (15.9,a-rasm).
15.9-rasm. OKli komparator sxemasi (a), komparatorning kirish u 1 va chiqish u 2 kuchlanishlari (b) Generator G1 chiqishida yoki komparator kirishida fq1 kHz. chastota va
1 va chiqish u 2
kuchlanishlari vaqt diagrammalarini ostsillograf ekranidan chizib oling. 4. Hisobotning tarkibi 4.1.
Ishning nomi va maqsadi. 4.2.
Tekshirilayotgan zanjir sxemalari va elementlari parametrlari. 4.3.
Dastlabki hisoblashlar va uning natijalari (15.1-jadval). 4.4.
Kuchaytirgich va komparatorning (15.2,a- va 15.3,b-rasmlar) kirish va chiqish kuchlanishlari ostsillogrammalari. 4.5. O’lchov va hisob natijalari bo’yicha xulosalar. Generator impulsov Ostsillograf
4.6. Invertorlovchi summatorning kirish va chiqish kuchlanishlari grafiklari. 5. Nazorat savollari 5.1. OKda nechta kirish va chiqish klemmalari mavjudligini ko’rsating. Javob variantlari: A. Kirish-1, chiqish-2. B. Kirish-2, chiqish-2. V. Kirish- 1, chiqish-1. G. Kirish-1, chiqish-1. 5.2. Quyidagi sxema qanday kuchlanish bo’yicha kuchaytirish koeffitsientiga ega ekaligini ko’rsa- ting.
Javob variantlari: A. K q 1; B. K q -2; V. K q 2; G. K q -1; D. K q 3. 5.3. Quyidagi sxemaning kuchlanish bo’yicha kuchaytirish koeffitsienti- ni ko’rsating. Javob variantlar: A. K q 1; B. K q -2; V. K q 2; G. K q -1; D. K q 3. 5.4. Sxemasi
5.2 bandda
kelirilgan kuchaytirgichning kirish kuchlanishi berilgan shaklda bo’lsa, chiqish kuchlanishi u 2
shaklini ko’rsating. Javob variantlari:
5.5. Berilgan kuchaytirgich (1) sxemasining kirish kuchlanishi u kir (2) bo’lsa, chiqish kuchlanishi shaklini ko’rsating.
Javob variantlari: 5.6. Sxemasi quyida keltirilgan kuchaytirgich uzatish tavsifini ko’rsating. Download 478.24 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling