ОУ как преобразователь сигнала

Напряжение на выходе ОУ не может быть больше, чем , поэтому ОУ используют для ограничения сигнала, т. е. получения сигнала прямоугольной формы.

Подадим на вход ОУ три сигнала с разной амплитудой. После прохождения через ограничитель все сигналы станут прямоугольной формы одинаковой амплитуды. Ограничитель сигнала используют в буквопечатающих устройствах, телевизорах, приёмниках.

Сумматор

Сумматор — это активно-резистивная цепь, которая позволяет складывать напряжение различных сигналов в любой момент времени. Мгновенное напряжение на выходе сумматора пропорционально сумме мгновенных напряжений на его выходе.

Напряжение на выходе сумматора рассчитывается по формуле:

,

где — коэффициент передачи ОУ с ОС. Знак “–” говорит о том, что напряжение на выходе сумматора меняет полярность по сравнению с напряжением на входе.

Конвертор отрицательных сопротивлений (КОС)

Отрицательным называется сопротивление, которое, будучи подключенным последовательно с обычным резистором, не увеличивает, а уменьшает входное сопротивление цепи.

Природой таких сопротивлений не создано, поэтому для их получения используют ОУ с двумя ОС (ПОС и ООС):

Доказано, что входное сопротивление такого конвертера рассчитывается по формуле:

Если , то , т. е. входное сопротивление этой схемы имеет знак, противоположный знаку сопротивления нагрузки, значит оно отрицательно.

Используют КОС для уменьшения потерь мощности.

Вопрос 28. Получение колебаний гармонической формы и их математическая модель. Параметры гармонических колебаний: угловая частота, начальная фаза, угол сдвига фаз, временные диаграммы, соответствующие разным углам сдвига фаз.

Колебания, которые изменяются по закону синуса или косинуса, называются гармоническими.

Получают синусоидальную ЭДС с помощью явления ЭМИ (электромагнитной индукции).

Рамку помещают в магнитное поле и равномерно вращают вокруг своей оси. Она пересекает магнитные линии, и на её концах образуется ЭДС ЭМИ:

Угол, на который поворачивается рамка за одну секунду, называется угловой скоростью или угловой частотой ( ).

— циклическая частота

, где — период колебаний (см. вопрос 5)

За время рамка повернётся на угол , тогда:

Начальная фаза — угол, под которым рамка находится к положительному направлению горизонтальной оси в нулевой момент времени. Может быть положительной и отрицательной.

, , — начальные фазы тока, напряжения и ЭДС соответственно

Общее уравнение гармонических колебаний (математическая модель):

Фаза определяет значение переменной в любой момент времени, а начальная фаза — в нулевой момент времени.

Гармонический сигнал имеет действующее значение. Оно характеризует энергетические свойства сигнала, его показывают приборы. Для гармонического сигнала максимальное и действующее значения связаны формулой:

Вопрос 29. Гармоническое изображение (временное и векторное) гармонических колебаний (общее представление и конкретный пример).

Временная диаграмма — график зависимости переменной от времени или угла . Если начальная фаза положительна, она откладывается влево от начала координат, если отрицательна — вправо.

Построим временную диаграмму для следующих данных:

Временная диаграмма имеет вид:

Векторная диаграмма

Любой гармонический сигнал можно изобразить вектором, длина которого равна максимальному или действующему значению, и расположен он под углом, равным начальной фазе к положительному направлению горизонтальной оси. Если начальная фаза положительна, вектор откладывается вверх от оси, если отрицательна — то вниз.

Векторная диаграмма для предыдущего примера имеет вид (используем тот же масштаб):

Угол между векторами равен углу сдвига фаз между ними:

Вопрос 30. Цепь с резистором при гармоническом воздействии. Закон Ома. Энергетический процесс. Активная мощность. Временные и векторные диаграммы. Входное сопротивление цепи в комплексной форме.

— в цепи с R закон Ома справедлив для всех значений

Построим напряжение и ток на временной диаграмме:

Построим напряжение и ток на векторной диаграмме:

В цепи с резистором напряжение и ток совпадают по фазе, => .

Энергетический процесс в цепи с резистором

Мгновенная мощность равна произведению мгновенного напряжения на мгновенный ток:

Перемножим напряжение и ток на временной диаграмме:

В цепи с резистором мгновенная мощность всегда положительна. Это значит, что в любой момент времени происходи необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую. Средняя скорость этого преобразования называется активная мощность ( ).

Чтобы её найти, надо просуммировать все мгновенные мощности за период (т. е. проинтегрировать) и разделить на время, равное периоду:

При расчётах учли, что интеграл от гармонической функции за период равен 0.

, где — действующее значение напряжения на резисторе.

Вопрос 31. Цепь с идеальной катушкой индуктивности при гармоническом воздействии. Закон Ома. Индуктивное сопротивление. Энергетический процесс. Реактивная (индуктивная) мощность. Временная и векторная диаграммы. Входное сопротивление цепи в комплексной форме.