Методические указания

Схемы усилителей, содержащие нелинейные элементы – диоды и стабилитроны, являются нелинейными. Однако часто такие схемы анализируют как линейные, используя некоторые допущения. При этом диоды в прямом включении и стабилитроны в обратном включении заменяют источниками напряжения соответствующей величины, а диоды в обратном включении – разрывом цепи. При использовании подобных способов линеаризации нелинейных схем основная проблема состоит в том, чтобы определить, в каком режиме работает нелинейный элемент.

Например, схема рисунка 1 содержит две параллельных цепи отрицательной обратной связи: R3, VD1, VD2 и R4, VD3. При положительном напряжении на выходе операционного усилителя диод VD3 смещен в обратном направлении, и его можно заменить обрывом цепи. Диоды VD1 и VD2 открываются при напряжении, превышающем (U_VD1 + U_VD2), и положительное выходное напряжение будет определяться по следующей формуле:

U⁺_вых= U_VD1+ U_VD2 + U_вх(R4/R1),

где: U_вх = 1 В, U_VD2 =1 В, U_VD1 – напряжение стабилизации стабилитрона.

При отрицательном напряжении на выходе операционного усилителя диод VD3 смещен в прямом направлении, и он открывается при выходном напряжении ниже –U_VD2 . Следовательно, отрицательное напряжение на выходе нелинейного усилителя напряжения будет определяться по формуле:

U^–_вых= –U_VD3 – U_вх(R3/R1).

где U_VD3 =1 В.

Резонансная частота последовательного контура цепи обратной связи усилителя напряжения на ОУ, представленного на рисунке 2, рассчитывается по формуле:

f_р =1/(2pÖL₁C₁)

При резонансной частоте выходное напряжение U_вых будет определяться только резисторами R1 и R3:

U_вых= –U_вх(R3/R1).

С уменьшением или увеличением частоты входного напряжения сопротивление цепи обратной связи растет, и, соответственно, увеличивается выходное напряжение резонансного усилителя. Амплитудно-частотная характеристика резонансного усилителя с последовательным резонансным контуром в цепи обратной связи представлена на рисунке 4.

Рисунок 4

У резонансного усилителя с параллельным резонансным контуром в цепи обратной связи при резонансной частоте выходное напряжение U_вых будет определяться резисторами R1 и R3:

U_вых= –U_вх(R3/R1).

С уменьшением или увеличением частоты входного напряжения сопротивление цепи обратной связи уменьшается, и, соответственно, уменьшается выходное напряжение резонансного усилителя. Амплитудно-частотная характеристика резонансного усилителя с параллельным резонансным контуром в цепи обратной связи представлена на рисунке 5.

Рисунок 5

Контрольные вопросы

1 От каких элементов зависит амплитуда положительной полуволны выходного напряжения нелинейного усилителя?

2 От каких элементов зависит амплитуда отрицательной полуволны выходного напряжения нелинейного усилителя?

3 Как рассчитать резонансную частоту последовательного резонансного контура?

4 Объясните характер зависимости U_вых = f ( f ) для резонансного усилителя с параллельным резонансным контуром в цепи обратной связи.

5 Объясните характер зависимости U_вых = f ( f ) для резонансного усилителя с последовательным резонансным контуром в цепи обратной связи.

6 Чем определяется выходное напряжение резонансного усилителя с последовательным резонансным контуром в цепи обратной связи на резонансной частоте?

7 Чем определяется выходное напряжение резонансного усилителя с параллельным резонансным контуром в цепи обратной связи на резонансной частоте?

Лабораторная работа №6