ПРИНЦИПЫ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АКТИВНЫХ ПОЛОСОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ОХРАННЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры ИИТ

протокол № 3

от «10» ноября 2009 г.

Виртуальная лабораторная работа № 21

Полосовые усилители охранных извещателей с макетированием

В пакете Electronics Workbench

Санкт-Петербург

2009 г.

УДК________________________

Составители: проф. Сидорин Ю.С.

Рассмотрены полосовые усилители охранных извещателей, принципы их расчетов и методы виртуального моделирования с применением пакета Electronics WorkBench. Обращено внимание на особенность усилителей, а именно возможность их применения только при однополярном питании.

Работа предназначена для студентов специальности 090104 "Комплексная защита объектов информатизации", а также для студентов других электрорадиотехнических специальностей.

Автор работы выражает благодарность инженеру Кожевниковой М.Н. за набор и коррекцию текста.

Цель работы

Целью лабораторной работы является изучение принципов работы полосовых усилителей охранных извещателей, умение рассчитывать усилители с последующим моделированием в пакете Electronics WorkBench.

Программа работы

1. Изучить принцип и особенности работы активных полосовых усилителей

охранных извещателей.

2. Рассчитать активные полосовые фильтры.

2.1. Рассчитать широкополосный полосовой усилитель (Рис.21.1).

а) Рассчитать элементы усилителя: сопротивление R₂, емкости С₁, С₂ для получения определенного коэффициента усиления в области средних частот (K_сч задается в соответствии с таблицей 21.1) при нижней частоте f_н = 0,1 Гц и верхней частоте f_в = 2 Гц при сопротивлении R₁ = 10 кОм

б) Определить скорость нарастания и спада ЛАЧХ

в) Определить значение напряжения дополнительного источника питания для обеспечения работоспособности каскада при Е = 12 В

2.2. Рассчитать узкополосный усилитель (Рис.21.2)

а) Рассчитать сопротивления R₁, R₂, R₃ для получения резонансной частоты f_р = 30 кГц, коэффициента усиления на резонансной частоте (К_Р - задается в соответствии с таблицей 21.1) и полосы пропускания 2 кГц при ёмкости С = 1 нФ. Доказать, что ёмкость С = 1мкФ задавать нельзя. Выбрать тип ОУ

б) Определить скорость нарастания и спада ЛАЧХ

в) Определить напряжение дополнительного источника питания для обеспечения работоспособности каскада

3. Экспериментально исследовать полосовые усилители в пакете Electronics

WorkBench

3.1. Собрать модель широкополосного усилителя; снять его амплитудную, амплитудно-частотную и фазовую характеристики. Заполнить таблицу 21.2

3.2. Собрать модель узкополосного усилителя; снять его амплитудную, амплитудно-частотную и фазовую характеристики. Заполнить таблицу 21.3

3.3. Сравнить ожидаемые и полученные значения коэффициентов усиления, полос пропускания, нижней и верхней частот полосы пропускания. Определить погрешность полученных значений. Оценить возможность реализации схем при наличии реальных элементов, имеющих определённый разброс номиналов, например, при изменении сопротивления R1 обеих схем на 10 %. Заполнить таблицу 21.2 и 21.3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПРИНЦИПЫ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АКТИВНЫХ ПОЛОСОВЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ОХРАННЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ

В большинстве объемных охранных извещателей используется принцип перемещения, в результате чего на выходе первичных преобразователей получается переменный сигнал. Верхняя и нижняя частоты сигнала определяются особенностями извещателя и скоростью перемещения нарушителя. Для увеличения отношения сигнал/шум и сигнал/помеха полоса частот ограничивается снизу и сверху за счет применения полосовых усилителей. В практике используются широкополосные усилители с малой добротностью (Q < 1) и узкополосные усилители с высокой добротностью (Q>10÷100).

Полоса пропускания усилителей ∆F определяется по формуле:

∆F = f_р / Q ,

где: Q – добротность каскада;

f_р– резонансная или средняя частота.

Широкополосные усилители имеют малую добротность и строятся на основе сочетания фильтров низкой и высокой частоты. Узкополосные усилители строятся на основе резонансных усилителей.

Особенностью усилителей, применяемых в охранных извещателях, является то, что они питаются от одного источника напряжения. В связи с этим для приоткрытия микросхем на неинвертирующий вход каскадов подается положительное напряжение смещения +U_o. При требуемом большом коэффициенте усиления полезного сигнала и необходимости сохранения неизменности постоянного напряжения на выходе каскада в усилителях делаются разные коэффициенты усиления для постоянного и переменного напряжений. Коэффициент усиления на постоянном токе обычно делается равным единице, коэффициент усиления на переменном токе обычно большой. Рассмотрим две практические схемы усилителей.