Коли ми говорили про випрямленні змінного напруги за допомогою діода, я зазначав, що у цього варіанту є недолік – полупроводниковому диоду для роботи потрібна напруга не менше вольта Щоб у вимірювальних ланцюгах використовувати діод при вимірюванні маленьких напруг, перед випрямленням сигнал потрібно посилити

Часто у вимірювальних схемах використовують операційний підсилювач для цієї мети

Діод в ланцюзі негативного зворотного звязку визначає коефіцієнт посилення по напрузі При маленькому вхідному сигналі струм через діод невеликий, що відповідає великим опору діода, а, значить, коефіцієнт посилення виявляється досить великим

Із збільшенням вхідного сигналу зростає струм через діод, що призводить до того, що коефіцієнт посилення зменшується

Рис 1911 Випрямляч на основі операційного підсилювача

Недолік такого рішення в обмеженою верхньої граничної частоті операційного підсилювача Але сьогодні операційні підсилювачі мають досить високу граничну частоту Наприклад, операційний підсилювач AD8055 має частоту одиничного посилення 300 МГц При посиленні 10 верхня гранична частота 20 МГц, а при посиленні 2 більше 100 МГц Використовуючи ці операційні підсилювачі для попереднього посилення сигналу перед випрямленням, можна розширити межі вимірювання напруги в бік більш низьких напруг

Додавання електричних ланцюгів, як RC або CL, в ланцюг негативного зворотного звязку дозволяє будувати фільтри з кращими характеристиками, ніж вихідні

Математичний апарат розрахунку фільтрів на сьогоднішній день добре розроблений, так що при необхідності можна розрахувати фільтр з наперед заданими параметрами А програма Qucs має вбудовану підпрограму для отримання параметрів фільтрів: досить зайди в розділ Інструменти-Синтез фільтрів

Рис 1912 Смуговий фільтр з використанням ОУ

Або другий варіант використання коливального контуру

Рис 1913 Режекторний фільтр з використанням ОУ

Чим на практиці нас можуть зацікавити подібні фільтри У першу чергу ..

Рис 1914 Застосування смугового фільтра

Думаю, вам зрозумілі мої міркування з наведеного малюнка Як ви памятаєте, ми говорили, що прямокутні імпульси можна представити як суміш синусоїдальних сигналів, кратних основній частоті повторення імпульсів Фільтр виділяє цю основну частоту

Але це віртуальний експеримент Якщо він реалізується на макетної платі, то дозволить перетворити генератор в генератор синусоїдального сигналу А створити зручний генератор нам дозволить мікроконтролер Але про це пізніше

А хороший режекторний фільтр, вирізаючи основну частоту, зберігає всі гармонійні складові Так можна, підключивши фільтр до виходу підсилювача, оцінити ступінь нелінійних спотворень, вимірюючи змінне напруга після фільтра за допомогою мультиметра Звичайно, краще б бачити на екрані осцилографа сигнал на виході тестованого підсилювача, якщо є осцилограф, але невеликі нелінійні спотворення не видно «На око», і осцилограф може бути у вашій лабораторії, але його поки може і не бути Використання режекторного фільтра, якщо його добре налаштувати, дозволить вам провести всі ваші вимірювання і налаштувати підсилювач

Перевіряти амплітудно-частотну характеристику підсилювача, вимірювати нелінійні спотворення, як правило, немає необхідності на всіх частотах Досить використовувати вимірювання на 2-3 частотах Як ви бачите, це можна здійснити за допомогою досить простих засобів

А зараз від міркувань перейдемо до дослідів на макетної платі Підходящу індуктивність можна створити з підручних засобів або купити, наприклад, є дросель з двома котушками індуктивності по 56 мГн

Рис 1915 Готовий дросель

Для проведення експериментів можна використовувати будь-який відповідний операційний підсилювач Слід врахувати його верхню граничну частоту при великому посиленні і те, що багато операційні підсилювачі вимагають двополярного напруги живлення Але не все Я вже згадував модель AD8055AN і збираюся використовувати LM358 Обидві мікросхеми цілком успішно можна застосовувати при однополярному включенні, досить додати конденсатор ємністю, скажімо, 10 мкФ між резистором R1 і землею Крім того, у віртуальному експерименті використовуються ідеальні елементи У реальному експерименті доводиться враховувати реальні параметри і пасивних компонентів (R, L і C), і активного (мікросхема LM358N) Остаточно схема експерименту виходить такий:

Рис 1916 Реальна схема для макетування

Мікросхема на макетної платі розміщується в панельці, з якої можна видалити компоненти попередніх експериментів, а нові резистори і конденсатори можна впаяти При цьому не слід обрізати висновки понад необхідного – після експерименту деталі Випоюють, вони точно знадобляться надалі

Після останньої пайки та перевірки всієї схеми можна включити напругу живлення, і перше, що не зайве буде перевірити, це амплітудно-частотну характеристику фільтра

Рис 1917 Реальна АЧХ фільтра

Є одна особливість у роботі з приладом PCSGU250 Щоб отримати амплітудно-частотну характеристику, потрібно зняти галочку, як зазначено на малюнку, у параметра Log Freq Steps І вибрати початкову частоту 10 Гц У цьому випадку процес отримання характеристики затягнеться, але частота буде змінюватися з кроком 10 Гц Якщо задати інші параметри, наприклад, початкову частоту 100 Гц або 1 кГц, якщо відставити логарифмічне нарощування кроку, то можна «з водою виплеснути й дитини» Частоту резонансу можна пропустити, отримавши гладку АЧХ

Отже, ми зняли амплітудно-частотну характеристику, і переконалися, що на частоті резонансу підйом становить близько 20 дБ по відношенню до частоти другої гармоніки 32 кГц

Можна провести остаточний експеримент, подавши на вхід прямокутні імпульси

Рис 1918 Остаточний експеримент з фільтром

На нижній осцилограмі (другий канал) прямокутні імпульси з частотою 1650 Гц На верхній осцилограмі (перший канал) те, що виходить на виході операційного підсилювача Якщо це і не найчистіша синусоїда, то цілком на неї схожий екземпляр

Джерело: Гололобов ВН, – Самовчитель гри на паяльнику (Про електроніці для школярів і не тільки), – Москва 2012