Ответы на третий вопрос в форме таблицы

Практическая работа

Тема: Изучение типовых схем и аналоговых устройств на базе ОУ

Цель: Исследование усилительных свойств операционного усилителя (ОУ); изучение типовых схем и аналоговых устройств на базе ОУ.

Часть 1

Унифицированная блочная система регулирования УБСР служит примером реализации цифровых устройств управления. Использование этой системы обеспечивает широкую унификацию производства комплектных средств управления, упрощает проектирование, наладку и эксплуатацию ЭП, улучшает технико-экономические показатели их работы.

Система УБСР имеет несколько ветвей:

1) УБСР–А – аналоговая на обычных элементах;

2) УБСР–АИ – аналоговая на интегральных микросхемах (ИМС);

3) УБСР–Д – дискретная на обычных элементах;

4) УБСР–ДИ – дискретная на ИМС.

Основным элементом аналоговой системы УБСР является операционный усилитель(ОУ). При включении во входные цепи и цепи обратной связи наряду с резисторами конденсаторов, ОУ позволяет осуществлять преобразования входных сигналов, необходимых для получения нужных управляющих воздействий в ЭП. Такие схемы получили название регуляторов. Регуляторы используются в системах автоматического управления ЭП для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. Данные параметры влияют на скорость выхода системы на установившийся режим, а также на перерегулирование. В зависимости от выполняемых ими функциональных преобразований входных сигналов в выходные различают пропорциональные, интегральные, дифференциальные другие типы регуляторов (ПИ,ПД,ПИД).

Пропорциональный П- (рисунок 1,а) регулятор осуществляет масштабное (пропорциональное) преобразование входного сигнала с постоянным коэффициентом k=Rос/R1;вид этого преобразования Uвых= - kUвх, где k= Rос /R1- параметр регулятора. Переходная функция имеет вид, представленный на рисунке1 ,б

Рисунок 1 - Пропорциональный П – регулятор

Знак (–) отражает тот факт, что регулятор включается в систему по принципу отрицательной обратной связи. Статическая ошибка регулирования зависит от коэффициента усиления объекта и параметра настройки регулятора. Статическая ошибка тем меньше, чем больше значение параметра настройки K.

В интегральном И-регуляторе (рисунок 2,а) в цепь ОС ОУ включают конденсатор Сос, а во входную цепь – резистор R1. Параметр регулятора T=R1Сос, вид реализуемого преобразования

Рисунок 2 - Интегральный И регулятор

Переходной процесс в системе регулирования с И-регулятором, характеризуется отсутствием статической ошибки регулирования, наибольшим временем регулирования.

Пропорционально-интегральный регулятор (рисунок3) осуществляет комбинированный закон регулирования, благодаря чему сочетает начальное быстродействие П-регулирования, со свойством И-регулирования превращать контур в астатическую систему, работающую без статической ошибки.

Рисунок 3 -Пропорционально-интегральный регулятор

В начале процесса регулирования основную роль играет пропорциональная составляющая, так как интегральная составляющая зависит не только от абсолютного значения, но и от времени. С увеличением времени возрастает роль интегральной составляющей, обеспечивающей устранение статической ошибки

Дифференциальный Д–регулятор( рисунок 4, а) обеспечивает дифференцирование входного сигнала с коэффициентом T=RосС1; вид такого преобразования электрический импульс бесконечно большой амплитуды и малой длительности (рисунок.4,б).

Рисунок 4 -Дифференциальный Д–регулятор

Дифференциальная составляющая вводится в закон регулирования для того, чтобы увеличить быстродействие регулятора, так как в этом случае регулятор реагирует не на абсолютное значение регулируемой величины, а на скорость ее изменения.

ПИД-регулятор сочетает в себе достоинства всех трех простейших законов регулирования: высокое быстродействие благодаря наличию импульса по производной от Δy(t) и отсутствие статической ошибки, которое обеспечивает пропорциональная составляющая.

Рисунок 5 –Электрическая схема ПИД-регулятора

Пропорционально-интегральнодифференциальный (ПИД)регулятор является

наиболее распространенным регулятором. Достоинства: относятся простота построения и промышленного использования; невысокая стоимость; высокая эффективность в

решении практических задач.

Применение регуляторов с дифференциальными составляющими ( ПД- или ПИД), несмотря на их достоинства, не всегда целесообразно, а иногда и недопустимо. Так, для объектов с большим запаздыванием по каналу регулирования бесполезно вводить воздействие по производной от регулируемой величины, так как этот импульс будет поступать в регулятор по истечении времени чистого запаздывания после прихода возмущения, за которое в объекте могут накопиться большие отклонения. Более того, в таких случаях ПД- или ПИД-регулятор может "раскачать" объект и система потеряет устойчивость.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ УЧАСТВУЕТ ТОЛЬКО В СЛОЖНЫХ ЗАКОНАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА.

Задание 1

а) По заданным в таблице 1 значениям Rос и R1 = 10 кОм рассчитать параметр П-регулятора, если Uвх =1 В.

Таблица1

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Rос, кОм	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Вариант	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Rос, кОм	110	120	130	140	150	160	170	180	190
Вариант	19	20	21	22	23	24	25	26	27
Rос, кОм	200	210	220	230	240	250	260	270	280

б) Нарисовать схему .

Задание 2

а) Нарисовать схему П—регулятора (вычитателя ).

Uвых=(Uвх2 –Uвх1) Rос /R1

б) Рассчитать параметр П—регулятора, если Rос = 10 кОм, на входы подать Uвх1 и Uвх2. Результаты записать в таблицу 2

Таблица 2

Вариант	Uвх1, мВ	Uвх2, мВ	Uвых, мВ	К
1	1	2	10
2	1	3	12
3	3	4	14
4	2	5	16
5	3	6	18
6	4	7	20
7	7	8	22
8	6	9	24
9	5	10	26
10	2	4	10
11	3	7	12
12	4	6	14
13	5	5	16
14	6	2	18
15	7	3	20
16	8	4	22
17	9	5	24
18	10	6	26
19	7	7	18
20	8	8	20
21	5	4	12
22	6	7	14
23	7	6	16
24	8	5	18
25	9	2	20
26	10	3	22
27	7	4	24

Задание 3

а) Нарисовать схему П—регулятора ( сумматора.

U вых= -( R ос / R 1 U вх1+ R ос / R 2 U вх2 + + R ос / Rn U вх n )

б) Подобрать резисторы для получения нужной суммы. Варианты смотри в таблице 3.

Таблица 3

№ вар	Uвх	Uвых мВ	№ вар	Uвх	Uвых мВ
1	Uвх1= Uвх2= Uвх3	30	14	Uвх1= Uвх2= Uвх3	4
2	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	50	15	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	6
3	Uвх2= Uвх3 Uвх1= Uвх2	70	16	Uвх2= Uвх3 Uвх1= Uвх2	8
4	Uвх1= Uвх3 Uвх2=2 Uвх1	90	17	Uвх1= Uвх3 Uвх2=2 Uвх1	10
5	Uвх1= Uвх2= Uвх3	110	18	Uвх1= Uвх2= Uвх3	12
6	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	130	19	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	14
7	Uвх2= Uвх3 Uвх1= Uвх2	150	20	Uвх2= Uвх3 Uвх1= Uвх2	18
8	Uвх1= Uвх3 Uвх2=2 Uвх1	170	21	Uвх1= Uвх3 Uвх2=2 Uвх1	20
9	Uвх1= Uвх2= Uвх3	190	22	Uвх1= Uвх2= Uвх3	24
10	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	210	23	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	14
11	Uвх2= Uвх3 Uвх1= Uвх2	21	24	Uвх2= Uвх3 Uвх1= Uвх2	22
12	Uвх1= Uвх3 Uвх2=2 Uвх1	18	25	Uвх1= Uвх3 Uвх2=2 Uвх1	24
13	Uвх1= Uвх2= Uвх3	20	26	Uвх1= Uвх2, Uвх3=2 Uвх1	10

Отчет содержит:

- цель работы;

- задание на выполнение (согласно варианта);

Вариант задания определяется по порядковому номеру журнала.

Контрольные вопросы к 1 части практической работы

1. Почему в усилителях используют отрицательную обратную связь?

2.Что осуществляет пропорциональный П-регулятор?

3.От каких элементов схемы зависит параметр пропорционального П-регулятора ?

4. От чего зависит статическая ошибка регулирования в П-регуляторе ?

5. Чем характеризуется переходной процесс в системе регулирования с И-регулятором ?

6.Что представляет пропорционально-интегральный регулятор

7. Какие достоинства сочетает в себе ПИД регулятор ?

8. Какой из законов регулирования физически не реализуется?

9. Что дает введение в закон регулирования дифференциальной составляющей?

Часть II

Активные фильтры на ОУ, предназначены для избирательного выделения полезного сигнала из смеси шумов, помех и самого сигнала.

Фильтры характеризуются полосой пропускания, в которой ослабление мало.

По расположению на шкале частот полосы пропускания различают следующие фильтры:

нижних частот (ФНЧ) , в которых полоса пропускания располагается на шкале частот от w=0 до некоторой граничной частоты w=wв, (рис. 1, а);

верхних частот (ФВЧ) с полосой пропускания от частоты w=wн, до бесконечно больших частот, (рис. 1, б);

полосовые (ПФ), в которые полоса пропускания wн…wв располагается между полосами (рис. 1, в);

заграждающие (режекторные) (ЗФ или РФ), в которых между полосами пропускания 0…wп1 и wп2…∞ находится полоса непропускания wз1…wз2 (рис. 6, г).

Рисунок 6 –Полоса пропускания фильтра

Фильтры первого порядка

Передаточные функции простейших фильтров представляют собой уравнения первого порядка, поэтому и фильтры называются фильтрами первого порядка. Наклон логарифмической АЧХ (ЛАЧХ) за пределами полосы пропускания у фильтров первого порядка составляет всего –20 дБ/дек, что свидетельствует о плохих избирательных свойствах таких фильтров.

Рисунок 7- Фильтры первого порядка

На практике наиболее часто в качестве фильтров используют ОУ с цепями ОС, работа которых описывается уравнениями второго порядка. Если увеличить порядок фильтров можно увеличить крутизну спада ЛАЧХ, наклон асимптот у них может достигать 40дБ/дек.

Рисунок 8- Фильтры второго порядка

Переход от ФНЧ к ФВЧ, как видно из рисунков осуществляется заменой резисторов на конденсаторы, и наоборот. В ПФ имеются элементы ФВЧ и ФНЧ.

Достоинство фильтров на основе ОУ:

Активные фильтры, выполненные на основе ОУ позволяют получать стабильные частотно-избирательные цепи в диапазоне частот от 0 до 100 кГц. Применение активных фильтров на ОУ в области низких частот позволяет избавиться от громоздких конденсаторов и катушек индуктивности, которым, кроме всего прочего, присущи большие потери.

Контрольные вопросы ко 2 части практической работы

1 Дайте определение фильтра.

2 Как классифицируют фильтры в зависимости от полосы пропускаемых частот?

3. Сделайте соответствие между схемой фильтра, полосой пропускаемых частот и АЧХ

Схема	Назначение	АЧХ
1	ФНЧ
2	ФВЧ
3	ПФ
4	ФНЧ
5	ФВЧ
6	ПФ
7	ФВЧ

Ответы на третий вопрос в форме таблицы

Схема	Назначение	АЧХ
1	ПФ
2
3
4
5
6
7

Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 118; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!