Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электроники
ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ 2
Методические указания к выполнению лабораторных работ
для студентов всех форм обучения специальности 5B0719 –
Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2010
СОСТАВИТЕЛЬ: Т.М. Жолшараева. Электроника и схемотехника аналоговых устройств 2. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5B0719 –Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2010. – 29 с.
Методические указания содержат задания к лабораторным работам: схемы исследования усилителя низкой частоты, дифференциального усилителя, инвертирующих и неинвертирующих усилителей, аналогового компаратора и мультивибратора. В них приведены описания каждой лабораторной работы, методика их выполнения, перечень рекомендуемой литературы и контрольные вопросы.
Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 5B0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.
1 Лабораторная работа. Исследование усилителя низкой частоты
2 Лабораторная работа. Исследование дифференциального усилителя
3 Лабораторная работа. Исследование инвертирующего усилителя
4 Лабораторная работа. Исследование неинвертирующего усилителя
5 Лабораторная работа. Исследование работы аналогового компаратора
6 Лабораторная работа. Исследование автоколебательного мультивибратора на ОУ
Введение
Данные методические указания посвящены выполнению лабораторных работ курса «Электроника и схемотехника аналоговых устройств 2» с простейшими электронными схемами на дискретных приборах и интегральных микросхемах.
Рассматриваются схемы исследования усилителя низкой частоты, дифференциального усилителя, инвертирующих и неинвертирующих усилителей, аналогового компаратора и мультивибратора Основная цель лабораторных работ - закрепление теоретических знаний и приобретение навыков работы с физическими приборами. Выполнение лабораторной работы состоит из трех этапов: выполнения предварительного задания, рабочего и расчётного задания, подготовки отчёта и защиты проделанной работы.
Предварительное задание состоит из проработки теоретического материала по данной теме и подготовки ответов на контрольные вопросы.
Рабочее задание предусматривает исследование характеристик и изучение работы конкретных электронных приборов и устройств.
Отчёт по проделанной работе должен содержать:
– цель и задание работы;
– справочные данные исследуемых приборов и микросхем;
– принципиальную схему по ГОСТу;
– таблицы;
– графики;
– необходимые расчеты;
– выводы по проделанной работе.
Выполненная работа и оформленный отчёт защищаются у препода - вателя.
Лабораторная работа. Исследование усилителя низкой частоты
1.1 Цель работы:
- исследование работы однокаскадного усилителя низкой частоты (УНЧ);
- изучение принципа действия, схем включения, характеристик и параметров УНЧ;
- исследование влияния обратных связей на работу усилителя;
- приобретение практических навыков работы с усилителями и аппаратурой, используемой при исследовании УНЧ;
- приобретение практических навыков измерения номиналов резисторов, измерения коэффициентов усиления усилителей;
- приобретение навыков работы со справочной литературой по транзисторам, резисторам и конденсаторам.
1.2 Предварительная подготовка
1.2.1 Предварительно, до выполнения лабораторной работы, изучить по рекомендованной литературе теоретические сведения по усилителям низкой частоты.
1.2.2 Изучить задание к лабораторной работе и методические указания к ней.
1.2.3 По справочнику записать паспортные данные, схему расположения выводов транзистора.
1.3 Используемые приборы и элементы:
- центральный процессор PU - 2000;
- печатная плата ЕВ -111;
- осциллограф.
1.4 Задание
1.4.1 Изучить схему УНЧ (см. рисунок 1.1).
1.4.2 Измерить сопротивления R11÷ R16 и RV3.
1.4.3 Измерить коэффициент усиления каскада и сравнить его значение с теоретическим.
1.4.4 Исследовать режим покоя УНЧ.
1.4.5 Снять и построить амплитудные характеристики УНЧ для разных коллекторных нагрузок R14, R15:
а) при отсутствии обратной связи;
б) с отрицательной обратной связью (ООС) по постоянной составляющей;
в) с ООС по постоянной и переменной составляющими.
Сравнить характеристики и сделать выводы.
1.4.6 Снять и построить амплитудно-частотные характеристики УНЧ для тех же случаев, что и в п.1.4.5. Сделать выводы.
1.5 Методические указания к выполнению работы
1.5.1 Установить печатную плату ЕВ-111, отрегулировать напряжение PS - 1 для получения +9 В.
1.5.2 к п.1.4.2 Измерить сопротивления цепей усилителя R11¸ R16 и RV3 в схеме. Она находится в левом нижнем углу платы. Для этого отсоединить замкнутые провода перемычек, подключить омметр к выводам резисторов и записать результаты измерений в таблицу 1.1.
Т а б л и ц а 1.1
|
Сопроти-вление |
R11 |
R12 |
R13 |
R14 |
R15 |
R16 |
RV3 |
|
Измерен-ное значение R, кОм |
|
|
|
|
|
|
|
1.5.3 к п 1.4.3 Собрать схему УНЧ без обратных связей. Для этого поставить перемычки: а, в, д, з, к. На вход схемы подключить генератор синусоидальных колебаний и вход Х осциллографа, к выходу схемы подключить вход Y осциллографа. Включить схему УНЧ. На вход схемы подать сигнал 50 мВ (частота 1 кГц). Потенциометр RV3 поставить в положение, при котором сигнал на выходе не искажается. Измерить Uвых. Посчитать экспериментальный коэффициент усиления УНЧ
K = U вых / Uвх..
Теоретический коэффициент усиления определить по формуле:
К = bRк / (Rг + Rвх).
1.5.4 к п. 1.4.4 Исследовать параметры рабочей точки в режиме покоя, убрав перемычку «а»:
а) измерить напряжения покоя UКЭ и UБЭ,
б) измерить токи покоя коллекторный Iок (включив вместо перемычки «д» миллиамперметр), а затем эмиттерный Iоэ (вместо перемычки «з» включить миллиамперметр), ток базы покоя посчитать
Ioб =Iоэ - Iок.
1.5.5, а к п. 1.4.5,а. Для снятия амплитудной характеристики
Uвых = f (Uвх)
замкнуть перемычку «а». Подать на вход УНЧ синусоиду с частотой 1 кГц и, изменяя Uвх, замерять значения Uвых.. Повторить эксперимент для R15, сняв перемычку «д» и поставив «ж». Результаты измерений занести в таблицу 1.2.
Т а б л и ц а 1.2
|
Uвх, мВ |
10 |
20 |
30 |
50 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
|
Uвых, мВ, с R14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых, мВ, с R15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К п.1.4.5, б. Снять перемычку «з» и поставить «е» и «и», снять амплитудную характеристику для случая R14.
К п. 1.4.5, в. Повторить эксперимент, сняв перемычку «и». Построить и сравнить графики. Сделать выводы.
1.5.6 , а к п. 1.4.6. Для снятия амплитудно-частотной характеристики
К = F(f),
замкнуть перемычки: «а», «г», «д», «в» и «з». Подать на вход УНЧ синусоиду с амплитудой 50 мВ. Меняя частоту входного сигнала, замерить напряжение на выходе УНЧ. Определить коэффициенты усиления и результаты занести в таблицу 1.3.
Т а б л и ц а 1.3
|
f, кГц |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,5 |
1 |
5 |
10 |
15 |
20 |
50 |
100 |
|
Uвых, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5.6, б Снять АЧХ для УНЧ с обратной связью, сняв перемычку «з» и поставив - «е» и «и».
1.5.6, в Снять АЧХ для УНЧ с обратной связью, сняв перемычку «и». Результаты занести в таблицу 1.4.
Т а б л и ц а 1.4
|
f, кГц |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,5 |
1 |
5 |
10 |
15 |
20 |
50 |
100 |
|
Uвых (В) с R16,C2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых (В) с R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить графики, сделать выводы.
1.6 Требования к оформлению отчета
Отчет должен содержать:
1. Цель и задание работы.
2. Принципиальную схему УНЧ, выполненную по ГОСТу.
3. Таблицы и графики.
4. Результаты сравнения экспериментальных и теоретических данных. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Объяснить назначение элементов схемы.
2.Объяснить работу цепи смещения.
3.Объяснить работу цепи термостабилизации режима.
4.Построить динамические характеристики транзистора.
5. Как влияет на положение рабочей точки динамической выходной характеристики увеличение коллекторной нагрузки, сопротивления RV3?
6.Как изменится температурная стабильность каскада, если увеличить сопротивление R16?
7.Что такое линейные искажения сигнала?
8.Что такое нелинейные искажения сигнала?
9.Постройте эквивалентные схемы усилительного каскада.
10. Дать анализ работы каскада на нижних, средних и высоких частотах.
11. Вывести формулу для входного сопротивления каскада.
12. Вывести формулу для выходного сопротивления каскада.
13. Вывести формулу для коэффициента усиления по напряжению усилителя.
14. Какова разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами в усилителе с ОЭ? С ОК?
15. В чем заключены достоинства и недостатки схемы с ОЭ? с ОК?
2 Лабораторная работа. Исследование дифференциального усилителя
2.1 Цель работы:
- исследование работы дифференциального усилителя (ДУ);
- изучение принципа действия, схем включения, характеристик и параметров ДУ;
- исследование режимов работы усилителя;
- приобретение практических навыков работы с усилителями и аппаратурой, используемой при исследовании ДУ;
- приобретение практических навыков измерения номиналов резисторов, измерения коэффициентов усиления усилителей;
- приобретение навыков работы со справочной литературой по транзисторам, резисторам и микросхемам.
2.2 Предварительная подготовка.
2.2.1 Предварительно, до выполнения лабораторной работы, изучить по рекомендованной литературе теоретические сведения по дифференциальным усилителям.
2.2.2 Изучить задание к лабораторной работе и методические указания к ней.
2.3 Используемые приборы и элементы:
- центральный процессор PU - 2000;
- печатная плата ЕВ -215;
- осциллограф.
2.4 Задание
2.4.1 Изучить схему ДУ (см. рисунок 2.1).
2.4.2 Исследовать режим покоя ДУ.
2.4.3 Исследовать режимы работы ДУ со входными сигналами:
а) подать сигнал на одну из баз, вторую - заземлить;
б) подать сигналы на обе базы.
2.4.4 Посчитать коэффициент усиления каскада и сравнить его значение с теоретическим.
2.4.5 Снять и построить амплитудную характеристику ДУ для режима входного сигнала.
2.4.6 Снять и построить амплитудно-частотную характеристику ДУ для режима входного сигнала.
Сделать выводы.
Методические указания к выполнению работы
2.5.1 к п. 2.4.1 Установить печатную плату ЕВ-215; схема находится в левом верхнем углу платы. Исследовать второй каскад – ДУ на Q3 и Q4.
2.5.2 к п. 2.4.2 Закоротить оба входа транзисторов Q3 и Q4 на землю. Включить схему. Измерить напряжения покоя коллектор - эмиттер и база - эмиттер обоих транзисторов. Измерить напряжение на выходе ДУ, т.е. между коллекторами ДУ.
2.5.3 к п. 2.4.3
а) от PS1 подать +25 мВ на базу Q3, базу Q4 заземлить. Измерить напряжение на выходе ДУ, т.е. между коллекторами транзисторов Q3 и Q4;
б) от PS1 подать +25 мВ на базу Q3, от PS2 подать -25 мВ на базу Q4. Измерить напряжение на выходе ДУ, т.е. между коллекторами транзисторов Q3 и Q4.
2.5.4 к п. 2.4.4 Определить коэффициент усиления ДУ
K = U вых / Uвх..
Теоретический коэффициент определить по формуле:
К = bRк / (Rг + Rвх).
2.5.5 к п. 2.4.5 Для снятия амплитудной характеристики Uвых = f (Uвх) базу Q4 заземлить, а на базу Q3 подать синусоиду с частотой 1 кГц и, изменяя Uвх, замерять значения Uвых.. Для этого на вход схемы подключить генератор синусоидальных колебаний и вход А осциллографа, к выходу схемы подключить вход В осциллографа. Измерить напряжение отдельно на каждом коллекторе. На входе схемы менять амплитуду синусоиды от 0 до 0,25 В. Определить коэффициенты усиления и результаты занести в таблицу 1.1
Т а б л и ц а 1.1
|
Uвх,мВ |
0 |
10 |
15 |
20 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
|
Uвых,мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить график. Сделать выводы.
2.5.6 к п. 2.4.6 Для снятия амплитудно-частотной характеристики
К = F(f),
подать на вход ДУ синусоиду 25 мВ. Меняя частоту входного сигнала, замерить напряжение на выходе. Определить коэффициенты усиления и результаты занести в таблицу 1.2.
Т а б л и ц а 1.2
|
f,кГц |
0 |
0,1 |
0,5 |
1 |
10 |
15 |
20 |
50 |
100 |
|
Uвых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить графики, сделать выводы.
2.6 Требования к оформлению отчета
Отчет должен содержать:
1. Цель и задание работы.
2. Принципиальную схему ДУ, выполненную по ГОСТу.
3. Таблицы и графики.
4. Результаты сравнения экспериментальных и теоретических данных.
5. Выводы.
3 Лабораторная работа. Исследование инвертирующего усилителя
3.1 Цель работы: исследование инвертирующего усилителя на основе операционного усилителя (ОУ) с резистивной обратной связью (ОС).
3.2 Предварительная подготовка
3.2.1 Предварительно, до выполнения лабораторной работы, изучить по рекомендованной литературе теоретические сведения по операционным усилителям (ОУ), по ОУ с отрицательной обратной связью (ООС).
3.2.2 Изучить задание к лабораторной работе и методические указания к ней.
3.2.3 По справочнику записать паспортные, схему расположения выводов интегральных схем ОУ.
3.3 Используемые приборы и элементы:
3.3.1 Центральный процессор РU–2000.
3.3.2 Печатная плата ЕВ–111.
3.3.3 Цифровой универсальный прибор.
3.3.4 Осциллограф.
3.4 Задание
3.4.1 Изучить схему инвертирующего усилителя (см. рисунок 3.1).
3.4.2 Измерить сопротивления R1 ÷ R4.
3.4.3 Снять и построить семейство передаточных характеристик инвертирующего усилителя для четырех сочетании значений: R1, R 2, R3, R4.
3.4.4 Измерить коэффициент усиления инвертирующего усилителя для различных коэффициентов отрицательной обратной связи (различных сочетаний R2 – R1; R4 – R1; R2 - R3; R4 – R3). Рассчитать коэффициенты усиления по формуле kU= - Rос/R1 и сравнить их с экспериментальными данными.
3.4.5 Снять и построить амплитудно-частотную характеристику инвертирующего усилителя.
3.5 Методические указания к выполнению работы.
3.5.1 Установить печатную плату ЕВ 121, отрегулировать напряжения
PS – 1 и PS -2 для получения ±12 В.
3.5.2 К п.3.4.2 измерить сопротивления цепей усилителя R1 ÷ R4.Для измерения сопротивлений отсоединить замкнутые провода перемычек
R1 ÷ R4 и записать результаты в таблицу 3.1.
Рисунок 3.1
|
Резистор |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
|
Измеренные значения R, кОм |
|
|
|
|
3.5.3 к п.3.4.3. Собрать схему (см. рисунок 3.1), изменять Uвх. от –3В до +3В, и снимать значения Uвых в зависимости от Uвх. для сочетаний: R2 – R1 (поставить перемычки только «а» и «б»); R4 –R1 (поставить перемычки только «а» и «г») ; R2 – R3(поставить перемычки только «б» и «в»); R4 – R3(поставить перемычки только «в» и «г»). Перемычка «д» должна ставиться во всех опытах. Входное отрицательное напряжение подавать от источника PS–2, положительное от PS–1. Обратить внимание на полярность входных и выходных напряжений. Определить коэффициенты усиления КU., результаты записать в таблицу 3.2.
По данным таблицы 3.2 построить семейство передаточных характеристик Uвых=f(Uвх) для различных значений коэффициента отрицательной обратной связи.
3.5.4 К п.3.4.4. Отрегулировать входное напряжение (+) PS–I на напряжение в диапазоне 0,75–0,9 В, измерить Uвых. для различных фиксированных коэффициентов отрицательной обратной связи. Сравнить коэффициенты усиления инвертирующего усилителя экспериментальные и теоретические. Результаты занести в таблицу 3.3.
Т а б л и ц а 3.2
|
Uвх, B |
-3.0 |
-2.5 |
-2.0 |
-1.0 |
-0.1 |
0 |
0.1 |
1.0 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
|
|
Uвых, B |
R2-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КU |
R2-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 3.3
|
Пара сопротивлений обратной связи |
Коэффициент усиления напряжений КU= - ROC/R1 |
Входное Uвх., В
|
Выходное Uвых., В |
Коэффициент усиления КU= - UВЫХ/UВХ |
|
|
R2 |
R1 |
|
0.8 |
|
|
|
R4 |
R1 |
|
0.8 |
|
|
|
R2 |
R3 |
|
0.8 |
|
|
|
R4 |
R3 |
|
0.8 |
|
|
3.5.5 к п. 3.4.5 Соединить вход усилителя с выходом генератора синусоидальных колебаний. Осциллограф подключить ко входу и выходу усилителя. Подать на вход усилителя 0,8 вольт и, меняя по всему диапазону частоту входного сигнала, снять значения Uвых, посчитать коэффициенты усиления и построить амплитудно-частотные характеристики инвертирующего усилителя по таблице 3.4. Сравнить амплитудно-частотные характеристики для разных значений обратных связей. Сделать выводы.
Т а б л и ц а 3.4
|
f, кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых, B |
R2-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КU |
R2-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R4-R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. От чего зависит линейный режим работы ОУ?
2. Почему операционный усилитель редко используется в качестве усилителя сигналов при разомкнутой обратной связи (ОС), несмотря на большой коэффициент усиления?
3. В чём состоит различие между коэффициентами усиления при разомкнутой и замкнутой ОС?
4. Как влияет ОС на входное и выходное сопротивления ОУ?
5. Какой из усилителей обладает большим входным сопротивлением с Кос=100; Kос= 10?
6. .Чем ограничивается величина Rос сверху?
7. Как выбирается R6?
8. Назовите основные факторы, приводящие к появлению температурного дрейфа ОУ.
9. Объясните наличие нелинейного участка передаточной характеристики при больших UBX.
10. Выведите формулу коэффициента усиления инвертирующего усилителя.
4 Лабораторная работа. Исследование неинвертирующего усилителя
4.1 Цель работы: исследование неинвертирующего усилителя на основе ОУ с резистивной обратной связью.
4.2 Предварительная подготовка
4.2.1 Предварительно, до выполнения лабораторной работы, изучить по рекомендованной литературе теоретические сведения по операционным усилителям (ОУ), использование ОУ с различными цепями отрицательной обратной связи (ООС).
4.2.2 Изучить задание на лабораторную работу и методические указания к ней.
4.2.3 По справочнику записать паспортные данные, схему расположения выводов интегральных схем ОУ.
4.3 Используемые приборы и элементы:
4.3.1 Центральный процессор РU–2000.
4.3.2 Печатная плата ЕВ–111.
4.3.3 Цифровой универсальный прибор.
4.3.4 Осциллограф.
4.4 Задание
4.4.1 Изучить схему неинвертирующего усилителя (см. рисунок 4.1).
4.4.2 Измерить сопротивления R16 ÷ R19.
4.4.3 Снять и построить семейство передаточных характеристик инвертирующего усилителя для четырех сочетаний значений: R16, R17, R18, R19.
4.4.4 Рассчитать коэффициенты усиления и сравнить их с экспериментальными данными.
4.4.5 Снять и построить амплитудно-частотную характеристику инвертирующего усилителя.
4.5 Методические указания к выполнению работы
4.5.1 Установить печатную плату ЕВ–121, отрегулировать напряжения PS – 1 и PS – 2 для получения ±12 В.
4.5.2 к п.4.4.2. Измерить сопротивления R16 ÷ R19 в усилителе. Для измерения сопротивлений отсоединить замкнутые провода перемычек R16 ÷ R19 (а,б,в,г). Для измерений использовать омметр. Записать результаты в таблицу 4.1.
Т а б л и ц а 4.1
|
Резистор |
R16 |
R17 |
R18 |
R19 |
|
Измеренные значения R, кОм |
|
|
|
|
4.5.3 К п.4.4.3. Изменять Uвх. от –3В до + 3В, снимать значения Uвых в зависимости от Uвх. для сочетаний: R16 – R17 (поставить перемычки только «а» и «б»); R16 –R19 (поставить перемычки только «а» и «г») ; R17 – R18 (поставить перемычки только «б» и «в»); R18 – R19 (поставить перемычки только «в» и «г»). Входное отрицательное напряжение подавать от источника PS-2, положительное - от PS-1. Обратить внимание на полярность входных и выходных напряжений. Определить коэффициенты усиления КU., результаты записать в таблицу 4.2.
По данным таблицы 4.2 построить семейство передаточных характеристик Uвых=f(Uвх) для различных фиксированных значений коэффициента отрицательной обратной связи.
4.5.4 К п.4.4.4. Отрегулировать входное напряжение PS-I на напряжение в диапазоне (0,8 ÷ 1) В, измерить Uвых. для различных коэффициентов отрицательной обратной связи. Сравнить коэффициенты усиления инвертирующего усилителя экспериментальные и теоретические. Результаты занести в таблицу 4.3
Т а б л и ц а 4.2
|
Uвх, B |
–3.0 |
–2.5 |
–2.0 |
–1.0 |
–0.1 |
0 |
0.1 |
1.0 |
2.0 |
2.5 |
3.0 |
|
|
Uвых, B |
R17–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R17–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КU |
R17–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R17–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4.3
|
Пара сопротивлений обратной связи |
КU=ROC/R1 теоретический |
Входное Uвх., В |
Выходное Uвых., В |
КU= эксперимент. |
|
|
R17 |
R16 |
|
|
|
|
|
R19 |
R16 |
|
|
|
|
|
R17 |
R18 |
|
|
|
|
|
R19 |
R18 |
|
|
|
|
4.5.5 К п.4.4.5. Соединить вход усилителя с выходом генератора синусоидальных колебаний. Осциллограф подключить ко входу и выходу усилителя. Подать на вход усилителя 0,8 вольт и, меняя по всему диапазону частоту входного сигнала, снять значения Uвых, посчитать коэффициенты усиления и построить амплитудно-частотные характеристики неинвертирующего усилителя по таблице 4.4. Сравнить амплитудно-частотные характеристики для разных значений обратных связей. Сделать выводы.
Т а б л и ц а 4.4
|
f, кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых, B |
R17–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R17–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КU |
R17–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R17–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R19–R18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Каково соотношение между входным сопротивлением неинвертирующего и инвертирующего усилителя?
2. В каких случаях применяется повторитель напряжения?
3.
Что необходимо сделать со схемой неинвертирующего
усилителя, чтобы превратить его в повторитель напряжения с коэффициентом
усиления 
?
4. Почему повторитель напряжения является хорошим буферным каскадом?
5. Выведите формулу коэффициента усиления неинвертирующего усилителя.
5 Лабораторная работа. Исследование работы аналогового компаратора
5.1 Цель работы: изучение работы аналогового компаратора.
5.2 Предварительная подготовка.
5.2.1 Предварительно, до выполнения лабораторной работы, изучить по рекомендованной литературе схему компаратора и принцип его работы.
5.3 Изучить задание на лабораторную работу и методические указания к ней.
5.4 По справочнику записать паспортные данные и перерисовать характеристики ОУ LM741.
5.3 Используемые приборы и элементы:
5.3.1 Центральный процессор PU-2000.
5.3.2 Печатная плата EB-122.
5.3.3 Цифровой универсальный прибор.
5.3.4 Осциллограф.
5.3.5 Генератор сигналов.
5.4 Задание
5.4.1 Исследовать работу компаратора в качестве формирователя прямоугольных импульсов из напряжения синусоидальной формы.
5.4.1.1 Исследовать работу компаратора при подаче входного сигнала на инвертирующий вход, а опорного напряжения на неинвертирующий вход операционного усилителя.
5.4.1.2 Исследовать работу компаратора при подаче входного сигнала на неинвертирующий вход, а опорного напряжения на инвертирующий вход операционного усилителя.
5.4.2 Исследовать работу компаратора в качестве формирователя прямоугольных импульсов из напряжения треугольной формы.
5.5 Методические указания к выполнению лабораторной работы
1.5.1 Вставить печатную плату EB – 122 в систему PU– 2000. Компаратор на плате EB – 122 находится в левом верхнем углу.
1.5.2 К п. 5.4.1.1. Собрать схему по рисунку 5.1. Поставить перемычки «а» и «б».
1.5.3 Подключить PS-1 к вольтметру.
1.5.4 Подключить к инвертирующему входу Vin компаратора выход генератора сигналов.
1.5.5 Подключить канал 1 осциллографа к входу и канал 2 к выходу компаратора.
Рисунок 5.1
5.5.6 Включить стенд. Отрегулировать источник питания PS-1 на 2 вольта.
5.5.7 Наблюдать изменение Uвых при изменении входного напряжения Uвх от 0 до 5 вольт. и постоянном опорном напряжении. Зарисовать осциллограммы. Сделать выводы.
5.5.8 Наблюдать изменение Uвых при изменении опорного напряжения, снимаемого с PS-1 UОП от 0 с шагом 1 В до 5 В при постоянном Uвх=2,5 В.
5.5.9 Зарисовать сигналы Uвх и Uвых с экрана осциллографа.
5.5.10 К п. 5.4.1.2. Собрать схему по рисунку 5.1. Поставить перемычки «в» и «г», разомкнув перемычки «а» и «г».
5.5.11 Наблюдать изменение Uвых при изменении входного напряжения Uвх от 0 В до 5 В и постоянном опорном напряжении на инвертирующем входе. Зарисовать осциллограммы. Сделать выводы.
5.5.12 Наблюдать изменение Uвых при изменении опорного напряжения, снимаемого с RV1 на инвертирующий вход ОУ от 0 с шагом 1 В до 5 В при постоянном Uвх= 2,5 В. Зарисовать осциллограммы. Сделать выводы.
5.5.13 К п.5.4.2. Отрегулировать генератор сигнала на последовательность треугольных импульсов амплитудой 4,7 В и частотой 1кГц. Установить смещение сигнала генератора на величину 0,3В до получения временной диаграммы, как на рисунке 5.2, на осциллографе при подключении выхода генератора к каналу I осциллографа.
Рисунок 5.2
Смещение сигнала на 0,3 В делается для того, чтобы минимизировать влияние смещения сравнивающего устройства и остаточного напряжения источника питания PS-1.
5.5.14 Подключить генератор сигнала к инвертирующему входу UВХ. операционного усилителя.
5.5.15 Подключить выход компаратора ко второму входу осциллографа.
5.5.16 Зарисовать сигналы Uвх и Uвых.
5.5.17 Изменять напряжение источника питания (PS-1) UОП от 0 с шагом 1 В до 5 В.
5.5.18 Отрегулировать источник питания PS-1 на 2 вольта.
5.5.19 Медленно изменять входные напряжение от 0 В до 5 В. Наблюдать изменения осциллограммы на выходе. Сделать выводы.
Контрольные вопросы
1. Для чего используется компаратор?
2. Нарисуйте временные диаграммы Uвх+, Uвх¯, Uвых, если Uвх¯- синусоидальное напряжение, а Uвх+ - положительное постоянное напряжение (Uвхm+<Uвхm¯ ), источник питания ОУ двуполярный.
3. Нарисуйте временные диаграммы Uвх+, Uвх¯, Uвых, где Uвх¯- постоянное отрицательное напряжение, Uвх+- синусоидальное напряжение, причем |Uвх¯|< Uвх+ . Источник питания ОУ- двуполярный.
4. От чего зависят параметры выходных импульсов компаратора?
5. Можно ли использовать аналоговый компаратор в качестве амплитудного селектора?
6 Лабораторная работа. Исследование автоколебательного мультивибратора на ОУ
6.1 Цель работы:работы: изучение принципа действия мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме.
6.2 Предварительная подготовка.
6.2.1 Предварительно по рекомендованной литературе изучить теоретические сведения о мультивибраторе.
6.2.2 Изучить задание к лабораторной работе и методические указания к ней.
6.3 Используемые приборы и элементы
6.3.1 Печатная плата EB-122.
6.3.2 Центральный процессор PU-2000.
6.3.3 Осциллограф.
6.3.4 Цифровой универсальный прибор.
6.4 Задание
6.4.1 Собрать схему автоколебательного мультивибратора.
6.4.2 Измерить амплитуду UВЫХ, длительность tИ ВЫХ, период следования TВЫХ выходных импульсов. Зарисовать временные диаграммы импульсов на выходе UВЫХ мультивибратора, на неинвертирующем входе UВХ.
6.4.3 Исследовать зависимость параметров выходных импульсов (ТВЫХ, UВЫХ, tИ ВЫХ ) от параметров времязадающей цепи.
6.4.4 Исследовать зависимость параметров выходных импульсов от значения R1 в цепи положительной обратной связи.
6.4.5 Рассчитать длительность импульсов tИ ВЫХ, период повторения ТВЫХ и сравнить их с экспериментальными данными.
6.5 Методические указания к выполнению работы
6.5.1 К п. 6.4.1. На плате EB-122 автоколебательный мультивибратор находится в правом верхнем углу. Собрать схему автоколебательного мультивибратора (см. рисунок 6.1).
Рисунок 6.1
Взять R=R12=20кОм, R1= R13=47кОм.
К п. 6.4.2. Подключить вход 1 осциллографа к выходу мультивибратора. Получить устойчивое изображение выходных прямоугольных импульсов на экране осциллографа. Измерить амплитуду UВЫХ, длительность tИ ВЫХ и период следования импульсов ТВЫХ. Результаты занести в таблицу 6.1 и зарисовать временную диаграмму UВЫХ. Переключая первый вход осциллографа к инвертирующему UВХ+ входу, подключив второй вход к неинвертирующему входу, зарисовать во временном соответствии UВХ¯ и UВХ+ .
6.5.2 К п. 6.4.3. Повторить эксперимент, подключив: а). R=R11=100кОм, б). R= R11|| R12. Наблюдать зависимости tИ ВЫХ, TВЫХ и UВЫХ от значения R во времязадающей цепи. Результаты занести в таблицу 6.1. Сделать выводы.
6.5.3 К п. 6.4.4. Повторить эксперимент для случая R=R12=20кОм, R1=R14=100кОм. Наблюдать зависимости tИ ВЫХ, TВЫХ и UВЫХ от значения R1. Сделать выводы.
6.5.4 К п. 6.4.5. Рассчитать длительность импульсов tИ ВЫХ, период повторения TВЫХ мультивибратора, частоту следования f и свести их в таблицу 6.1
Т а б л и ц а 6.1
|
Значение R |
R12=20кОм |
R11= =100кОм |
R11||R12= =17кОм |
|
|
Период следования импульсов TВЫХ, мс |
Измеренный |
|
|
|
|
Расчетный |
|
|
|
|
|
Длительность импульсов, tИ ВЫХ, мс |
Измеренная |
|
|
|
|
Расчетная |
|
|
|
|
|
Частота следования импульсов f, кГц |
Расчетная |
|
|
|
|
Амплитуда выходных импульсов UВЫХ, В |
Измеренная |
|
|
|
6.5.5 К п.6.4.5. Расчет длительности импульсов tИ ВЫХ, периода повторения ТВЫХ и частоты f произвести по формулам
tИ ВЫХ = τ ln(Uст – Uн)/ (Ucт – Uк) = τ ln(12 – U+)/ (12 - U‾)
где τ = RC4;
U+ = 5R10
/ (R9 +
R10) + 12R10/ (R10
+ R1);
U‾ = 5R10 / (R9 + R10) - 12R10/ (R10 + R1);
TВЫХ =2 tИ ВЫХ; f =1/TВЫХ;
R=R11 = 100кОм; R=R12 = 20кОм; R11 R12 = 17кОм;
С4 = 0,01мкФ; R9 = 13,4кОм; R10 = 17,5кОм;
R1 = R13 = 47кОм; R1=R14=100кОм.
Контрольные вопросы
1. Что такое мультивибратор?
2. Где используется мультивибратор?
3. Какие элементы схемы мультивибратора определяют временные параметры его выходного сигнала?
4. Как можно регулировать частоту и скважность импульсной последовательности на выходе мультивибратора?
5. Выведите формулу длительности выходного импульса.
6. Чем определяется максимальная амплитуда выходного сигнала?
7. Покажите цепи заряда и разряда хронирующей емкости.
8. Почему емкость C4 называется хронирующей?
9. Объясните назначение резисторов R1, R9, R10.
10. Как изменится длительность импульса, если изменить R, R1, R10?
11. В каких режимах работает операционный усилитель во время формирования импульса и при переключении?
Список литературы
1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. Под ред. О.П.Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком. 2005, – 768с.
2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. ‑ 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2004. – 488с.
3. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб.для вузов – М.: Высш. шк., 2006, – 800с.
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство – М.: Мир, 1982. – 512с.
5. Пейтон А.Дж, Волш.В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М.: Бином, 1994. – 352с.
6. Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС. – М.: Мир, 1985. – 572с.
7. Алексенко А.Г. Основы микросхемотехники. – 3-е изд. – БИНОМ Лаб.знаний, 2004. – 448с.
8. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, Бином Пресс, 2006. – 416с.
9. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. – М.: Радио и связь, 2005. – 320 с.
10. Шустов М.А. Практическая схемотехника, – М.:АЛЬТЕКС, 2004. –304 с.
11. Алексеев А.Г., Войшвилло Г.В. ОУ и их применение. –, М.:Радио и связь, 1989. –120 с.
12. Галле К. Полезные советы по разработке и отладке электронных схем. – М.: ДМК, 2005. –208 с.
13. Нестеренко Б.К. Интегральные операционные усилители: справочное пособие по применению. – М.:Энергоатомиздат, 1982.
14. Т.М. Жолшараева. Схемотехника 1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050704 –Вычислительная техника и программное обеспечение. – Алматы: АИЭС, 2008. – 50 с.