Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра «Электроника»

ЭЛЕМЕНТЫ И СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ
Методические указания к лабораторным работам
для студентов специальности «5В071600 – Приборостроение»

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛЬ: С.Б. Абдрешова. Элементы и схемотехника аналоговых устройств. Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение. Алматы: АУЭС, 2013, - 23 с.

В методических указаниях рассматриваются 4 лабораторных работ по курсу «Элементы и схемотехника аналоговых». Приводятся краткие содержания лабораторных работ по изучению принципов действия основных электронных компонентов, особенностей и методики снятия основных характеристик. Приведены рабочие и расчетные задания, а также перечень контрольных вопросов.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 5В071600 – Приборостроение.

Ил. 6, табл. 3, библиогр. – 5 назв.

Рецензент: доцент С.А. Калиева

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества “Алматинский университет энергетики и связи” на 2013 г.

© НАО “Алматинский университет энергетики и связи”, 2013 г.

Введение

Настоящие методические указания к лабораторному практикуму предназначены для студентов, изучающих курс «Элементы и схемотехника аналоговых устройств». Лабораторные работы выполняются на стендах фирмы «DEGEM systems». Основными целями данного цикла лабораторных работ являются:

-     закрепить теоретические знания, полученные студентами при изучении материала учебников и лекционного материала;

-     выработать умение определять параметры активных компонентов схем в дискретном исполнении и разрабатывать на их базе электронные схемы, проводить анализ электронных схем, в том числе с помощью машинных программ на ЭВМ; с помощью анализа и экспериментальных исследований оптимизировать схемы путем варьирования параметров компонентов и повторных расчетов.

В процессе подготовки к лабораторному практикуму каждый студент должен: изучить соответствующие разделы конспекта лекций и рекомендованной литературы, по необходимости выполнить расчеты компонентов схемы по исходным данным.

Отчет должен содержать:

-     цель и задание работы;

-     справочные данные исследуемых приборов;

-     результаты проделанной работы (экспериментальные данные, расчеты, графики и др.);

-     выводы по работе;

-     список использованной литературы.

Отчет оформляется по ФС РК 10352 – 1910 - У - е - 001 - 2002. Работы учебные. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию должны соответствовать этому стандарту.

1 Лабораторная работа. Исследование характеристики выпрямительного диода и стабилитрона

Цель работы:

-     снятие и анализ вольтамперных характеристик (ВАХ) прямого и обратного включения полупроводникового диода;

-     исследование и анализ явления накопления неравновесных носителей в области базы;

-     снятие и анализ вольтамперной характеристики стабилитрона;

-     исследование схемы простейшего параметрического стабилизатора напряжения.

1.1 Рабочее задание

1.1.1 Собрать схему для снятия характеристики прямого включения полупроводникового диода согласно рисунку 1.1.

1.1.2 Измерить сопротивление R1.

1.1.3 Снять и построить ВАХ прямого включения диода.

1.1.4 Собрать схему для снятия характеристики обратного включения полупроводникового диода согласно рисунку 1.2.

1.1.5 Снять и построить ВАХ обратного включения диода.

1.1.6 Исследовать схему однополупериодного выпрямителя и проанализировать явление накопления неравновесных носителей в области базы.

1.1.7 Снять и построить ВАХ стабилитрона (при отключенной нагрузке).

1.1.8 Исследовать схему параметрического стабилизатора напряжения и построить ВАХ при различных сопротивлениях нагрузки.

1.1.9 Рассчитать коэффициенты стабилизации при различных сопротивлениях нагрузки.

1.2 Методические указания к выполнению работы

1.2.1 Вставьте печатную плату ЕВ – 111 в стенд PU 2000 от DEGEM system.

1.2.2 Измерьте омметром сопротивление резистора R1.

1.2.3 Соберите схему, показанную на рисунке 1.1.

1.2.4 Повышая напряжение источника питания PS-1 от нуля до максимального значения, записывайте значения тока I_д.пр. с интервалом 5 мА. Измеряйте значения напряжения U_д.пр. на диоде. Данные занесите в таблицу 1.1

Таблица 1.1

Iд.пр., мА	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45
Uд.пр., В

1.2.5 Соберите схему, показанную на рисунке 1.2.

1.2.6 Повышая напряжение источника питания PS-2 от нуля до максимального значения с интервалом 1 В, записывайте значения тока. Данные занесите в таблицу 1.2. По полученным данным постройте характеристику обратного включения полупроводникового диода.

                           

Рисунок 1.1 – Схема для снятия ВАХ прямого включения диода

Рисунок 1.2 – Схема для снятия ВАХ обратного включения диода

Таблица 1.2

Uд.обр., В	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Iд.обр., мкА

1.2.7 Соберите схему, показанную на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Схема для исследования однополупериодного выпрямителя и явления накопления неравновесных носителей в базе диода

1.2.8 Измерьте сопротивление резистора R3.

1.2.9 На вход Vin подайте синусоидальное напряжение от функционального генератора, размещенного на стенде PU – 2000, либо от отдельного генератора. Ток через диод будет протекать во время положительной полуволны входного напряжения, а на R3 при этом будет напряжение, пропорциональное току через диод и резистор. Входное напряжение и выходное напряжение (на резисторе R3) измеряйте и зарисовывайте с помощью 2-х канального осциллографа. Исследование проводите на частотах 1 кГц, 10 кГц и 100 кГц.

1.2.10 На вход Vin подайте прямоугольное напряжение (меандр) тех же частот: 1 кГц, 10 кГц и 100 кГц с амплитудой 6В. При частоте 100 кГц проведите измерения времени рассасывания t_расс и времени спада t_сп (см. рисунок 1.4) и рассчитайте амплитуды прямого и обратного токов с помощью закона Ома.

Рисунок 1.4 – Временная диаграмма прямого и обратного токов диода

1.2.11 Амплитуду входного напряжения уменьшите до 1В и проделайте измерения тех же величин.

1.2.12 Соберите схему, показанную на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Схема для снятия ВАХ стабилитрона

1.2.13 Измерьте сопротивление резистора R6.

1.2.14 Повышая напряжение источника питания PS-1 от нуля до максимального значения, записывайте значения тока стабилитрона I_ст. и напряжения на стабилитроне U_ст, измеряйте и входное напряжение схемы (напряжение источника PS-1). Данные занесите в таблицу 1.3 и по полученным данным постройте ВАХ стабилитрона и нагрузочную линию для сопротивления R6. Укажите на графиках значения напряжений на резисторе R6 и на стабилитроне.

1.2.15 Измерьте и установите максимальное значение сопротивления нагрузки (R7 + RV2).

1.2.16 Соберите схему, показанную на рисунке 1.6.

Таблица 1.3

Iст., мА	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
Uст., В
Uист., В

Рисунок 1.6 – Схема исследования параметрического стабилизатора напряжения

1.2.17 Повышая напряжение источника питания PS-1 от 1В до максимального значения с интервалом 1В, измеряйте ток источника PS-1 I_ист и напряжение на нагрузке U_ст, измеряйте также и входное напряжение схемы U_вх (напряжение источника PS-1). Данные занесите в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Uвх., В	1	2	3	4	…	…	…	…	11
Uст., В – RН = max
Uст., В – RН = 600 Ом
Uст., В – RН =200 Ом
Kст., %

1.2.18 Проделайте те же измерения при сопротивлениях нагрузки:

Rн = 600 Ом и 200 Ом.

1.2.19 По полученным данным постройте вольтамперные характеристики стабилитрона с подключенной нагрузкой.

1.3 Расчетное задание

1.3.1 По данным из таблицы 1.1 построить прямую ветвь ВАХ диода и вычислить графическим путем дифференциальное сопротивление на восходящем участке характеристики.

1.3.2 По данным из таблицы 1.2 построить обратную ветвь ВАХ диода и вычислить графическим путем дифференциальное сопротивление.

1.3.3 Построить график зависимости времени восстановления диода от величины прямого тока. Проанализируйте зависимость времён рассасывания t_расс и спада t_сп от значения прямого тока диода.

1.3.4 По данным из таблицы 1.3 постройте ВАХ стабилитрона и нагрузочную линию для сопротивления R6. Укажите на графиках значения напряжений на резисторе R6  и на стабилитроне.

1.3.5 Рассчитайте значения коэффициентов стабилизации при различных сопротивлениях нагрузки. Для этого проведите нагрузочные линии так, чтобы они пересекали середины восходящих участков ВАХ, построенных по данным из таблицы 1.4. Напряжение на стабилитроне, соответствующее точке пересечения, будет номинальным выходным напряжением стабилизатора U_стном, а напряжение источника будет номинальным входным напряжением U_вхном. Дать приращение входного напряжения ΔU_вх = 2В и провести ещё одну нагрузочную линию. С помощью ВАХ измерить соответствующее приращение напряжения стабилизации ΔU_ст. Коэффициент стабилизации вычисляется по формуле:

K_ст = (ΔU_вх/U_вхном)/(ΔU_ст/U_стном).

Проанализировать зависимость значения коэффициента стабилизации от сопротивления нагрузки.

1.4 Контрольные вопросы

1.4.1 Чем объясняется вентильное свойство р-n перехода?

1.4.2 Что такое прямое и обратное включение диода?

1.4.3 Как зависит ВАХ диода от температуры?

1.4.4 Каковы основные параметры диода?

1.4.5 Показать на характеристиках диода, что такое статическое и дифференциальное сопротивления.

1.4.6 Как включаются стабилитрон и нагрузка в простейшем стабилизаторе напряжения: параллельно или последовательно?

1.4.7 В чем смысл коэффициента стабилизации?

1.4.8 Как связан коэффициент стабилизации с дифференциальным сопротивлением стабилитрона?

2 Лабораторная работа. Исследование биполярного и полевого транзистора с управляющим р-n переходом

Цель работы:

-          снятие входных и выходных ВАХ биполярного транзистора;

-          графическое определение h- параметров транзистора;

-          исследование вольтамперных характеристик и сопротивления канала полевого транзистора с управляющим р-n переходом.

2.1 Рабочее задание

2.1.1 Снять и построить входную характеристику транзистора

I_б = f(U_бэ) при коллекторном напряжении U_кэ= 0В.

2.1.2 Снять и построить входную характеристику транзистора

I_б = f(U_бэ) при коллекторном напряжении U_кэ= 5В.

2.1.3 Снять и построить входную характеристику транзистора

I_б = f(U_бэ) при коллекторном напряжении U_кэ= 10В.

2.1.4 Снять и построить семейство выходных характеристик транзистора I_к =f(U_кэ) при изменении базового тока от 0 до 100 мкА.

2.1.5 Снять семейство стоковых характеристик полевого транзистора.

2.1.6 Снять семейство стоко-затворных характеристик полевого транзистора.

2.1.7 Измерить сопротивление канала полевого транзистора.

2.2 Методические указания к выполнению работы

2.2.1 Установить печатную плату ЕВ – 111, которая содержит схему на рисунке 2.1, в стенд PU 2000 от DEGEM system.

2.2.2 Измерить сопротивления резисторов Rv1, R4, R5.

2.2.3 Собрать схему для снятия входной характеристики I_б = f(U_бэ) транзистора при напряжении на коллекторе U_кэ= 0В (см. рисунок 2.1).

2.2.4 При помощи переменного резистора Rv1 изменять базовый ток с интервалом 10 мкА, измеренные значения напряжения базы U_бэ занести в таблицу 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема для снятия входной характеристики биполярного транзистора при напряжении на коллекторе, равном нулю

Таблица 2.1

Iб, µA	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Uбэ, В

2.2.5 Собрать схему для снятия входных характеристик I_б=f(U_бэ) биполярного транзистора при фиксированных напряжениях на коллекторе U_кэ=5В и U_кэ=10В (см. рисунок 2.2).

2.2.6 С помощью регулятора источника питания PS-1 установить коллекторное напряжение U_кэ=5В.

2.2.7 При помощи переменного резистора Rv1 изменять базовый ток, измеренные значения напряжения базы U_бэ заносить в таблицу 2.2.

2.2.8 С помощью регулятора источника питания PS-1 установить коллекторное напряжение U_кэ=10В.

2.2.9 При помощи переменного резистора Rv1 изменять базовый ток, измеренные значения напряжения базы U_бэ заносить в таблицу 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема для снятия входных характеристик биполярного транзистора при напряжениях на коллекторе 5В и 10В

Таблица 2.2

Iб, µA	10	30	50	70	100	130
Uбэ, В при Uкэ=5В
Uбэ, В при Uкэ=10В

2.2.10 Собрать схему для снятия выходной характеристики.

I_к=f(U_кэ) транзистора при токе базы, равном нулю (см. рисунок 2.3).

2.2.11 С помощью регулятора источника питания PS-1 изменять коллекторное напряжение от нуля до 9В с интервалом 1В, значения тока коллектора занести в таблицу 2.3.

2.2.12 Собрать схему для снятия выходных характеристик I_к=f(U_кэ) транзистора при фиксированных токах базы (см. рисунок 2.4).

2.2.13 При помощи переменного резистора Rv1 установить базовый ток 20мкА, с помощью регулятора источника питания PS-1 изменять коллекторное напряжение от нуля до 9В с интервалом 1В, значения тока коллектора занести в таблицу 2.3.

Рисунок 2.3 – Схема для снятия выходной характеристики транзистора при токе базы, равном нулю

2.2.14 Снять характеристики I_к=f(U_кэ) при заданных токах базы.

Рисунок 2.4 – Схема для снятия семейства выходных характеристик биполярного транзистора при заданных токах базы

Таблица 2.3

Iб, µA	Iк, mА при Uкэ=1В	Iк, mА при Uкэ=2В	Iк, mА при Uкэ=3В	Iк, mА при Uкэ=4В	Iк, mА при Uкэ=5В	Iк, mА при Uкэ=6В	Iк, mА при Uкэ=7В	Iк, mА при Uкэ=8В	Iк, mА при Uкэ=9В
0
20
40
60
80
100

2.2.15 Установить печатную плату ЕВ – 112, которая содержит схему для исследования полевого тарнзистора, в стенд PU 2000 от DEGEM system.

2.2.16 Измерить сопротивления резисторов R₁, R₂, R₃, R₄, RV1.

2.2.17 Собрать схему для снятия стоковых характеристик I_с = f(U_си), показанную на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Схема для снятия характеристик полевого транзистора

2.2.18 Устанавливая фиксированные напряжения на затворе U_зи, снимать зависимости тока стока от напряжения на стоке I_с = f(U_си.), изменяя напряжение источника PS-1. Данные заносить в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Uзи, В	Iс при Uси=0,1В	Iс при Uси=0,5В	Iс при Uси=1В	Iс при Uси=2В	Iс при Uси=5В	Iс при Uси=10В
0
-0,5
-1,0
-1,5
-2,0

2.2.19 Устанавливая фиксированные напряжения на стоке U_си, снимать зависимости тока стока от напряжения на затворе I_с = f(U_зи), изменяя напряжение источника PS-2. Данные заносить в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

Uси, В	Iс при Uзи = =0 В	Iс при Uзи = =-0,25В	Iс при Uзи = =-0,5В	Iс при Uзи = =-1В	Iс при Uзи = =-2В	Iс при Uзи отсечки.
0,5
1
2
5
10

2.2.20 Измерить напряжение U_зи отсечки, при котором прекращается стоковый ток.

2.2.21 Собрать схему для измерения сопротивления канала исток-сток, показанную на рисунке 2.6.

2.2.22 Установить напряжение источника PS-1, равным 10В, снимать показания вольтметров. Данные заносить в таблицу 2.6.

Таблица 2.6

Uзи, В	0 В	-0,25В	-0,5В	-1В	-2В	Uзи отсечки
Uси
Rси

Рисунок 2.6 – Схема для измерения сопротивления канала исток-сток

2.3 Расчетное задание

2.3.1 Построить на одном графике, как показано на рисунке 2.5, входные характеристики транзистора I_б=f(U_бэ) при фиксированных напряжениях на коллекторе: U_кэ= 0В, U_кэ= 5В и U_кэ= 10В (по данным из таблиц 2.1. и 2.2). По характеристикам определить графическим способом параметры h₁₁ и h₁₂ для области, расположенной на середине восходящего участка,

h₁₁ = ΔU_бэ / ΔI_б – входное дифференциальное сопротивление транзистора,

h₁₂ = ΔU_бэ / ΔU_кэ = ΔU_бэ¹/(10В-5В) – коэффициент внутренней обратной связи.

Рисунок 2.5

Рисунок 2.6

2.3.2 Построить на одном графике семейство выходных характеристик транзистора I_к=f(U_кэ) при фиксированных токах базы по данным из таблицы 2.3. По характеристикам определить графическим способом параметры h₂₁ и h₂₂ для области, расположенной приблизительно в середине семейства характеристик, как показано на рисунке 2.6

h₂₂= ΔI_к/ΔU_кэ – выходная дифференциальная проводимость транзистора,

h₂₁ = ΔI_к¹/ ΔI_б  = ΔI_к¹/( I_б¹¹¹-I_б¹¹) – коэффициент передачи тока базы.

2.3.3 Построить семейство стоковых характеристик I_с = f(U_си) по данным из таблицы 2.4. Провести нагрузочные линии для сопротивлений R1 и R2, оценить коэффициент усиления.

2.3.4 Построить семейство стоко-затворных характеристик транзистора I_с = f(U_зи.) по данным таблицы 2.5. Измерить крутизну характеристики транзистора при различных напряжениях стока.

2.3.5 Вычислить сопротивления канала “сток – исток” при различных напряжениях на затворе по данным таблицы 2.6.

2.4 Контрольные вопросы

2.4.1 Принцип действия биполярного транзистора, физические процессы в р-n переходах Э-Б и Б-К.

2.4.2 Почему коллекторный ток слабо зависит от коллекторного напряжения?

2.4.3 Изобразить входные и выходные характеристики транзистора по схеме ОБ.

2.4.4 Изобразить входные и выходные характеристики транзистора по схеме ОЭ.

2.4.5 В чём достоинства системы h-параметров транзистора как 4-х полюсника?

2.4.6 В чём коренное отличие полевых транзисторов от биполярных в смысле носителей электрического заряда?

2.4.7 Какие происходят изменения в канале при подаче обратного напряжения на p-n переход “затвор-исток”?

2.4.8 Какие ещё существуют типы полевых транзисторов, кроме исследованного?

2.4.9 Чем управляется ток канала “исток – сток” в полевом транзисторе с изолированным затвором?

2.4.10 В чём преимущества полевых транзисторов перед биполярными?

 

3 Лабораторная работа. Исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителя

Цель работы:

-          исследование инвертирующего усилителя на основе операционного усилителя (ОУ) с резистивной обратной связью (ОС);

-          исследование неинвертирующего усилителя на основе ОУ с резистивной обратной связью.

3.1 Предварительная подготовка

3.1.1 Предварительно, до выполнения лабораторной работы, изучить по рекомендованной литературе теоретические сведения по операционным усилителям (ОУ), по ОУ с отрицательной обратной связью (ООС).

3.1.2 Изучить задание к лабораторной работе и методические указания к ней.

3.1.3 По справочнику записать паспортные данные, схему расположения выводов интегральных схем ОУ.

3.2 Используемые приборы и элементы:

3.2.1 Центральный процессор РU–2000.

3.2.2 Печатная плата ЕВ–111.

3.2.3 Цифровой универсальный прибор.

3.2.4 Осциллограф.

3.3 Задание

3.3.1 Изучить схему инвертирующего усилителя (см. рисунок 3.1).

3.3.2 Измерить сопротивления R₁ ÷ R₄.

3.3.3 Снять и построить семейство передаточных характеристик инвертирующего усилителя для четырех сочетании значений: R₁, R _2, R₃, R₄.

3.3.4 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 k_U= - Rос/R₁ и сравнить их с экспериментальными данными.

3.3.5 Снять и построить амплитудно-частотную характеристику инвертирующего усилителя.

3.3.6 Изучить схему неинвертирующего усилителя (см. рисунок 3.2).

3.3.7 Измерить сопротивления R₁₆ ÷ R₁₉.

3.3.8 Снять и построить семейство передаточных характеристик инвертирующего усилителя для четырех сочетаний значений: R₁₆, R_17, R₁₈, R₁₉.

3.3.9 Рассчитать коэффициенты усиления и сравнить их с экспериментальными данными.

3.3.10 Снять и построить амплитудно-частотную характеристику инвертирующего усилителя.

3.4 Методические указания к выполнению работы

3.4.1 Установить печатную плату ЕВ 121, отрегулировать напряжения

PS – 1 и PS -2 для получения ±12 В.

3.4.2 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

Таблица 3.1

Резистор	R1	R2	R3	R4
Измеренные значения R, кОм

3.4.3 к п.3.3.3. Собрать схему (см. рисунок 3.1), изменять U_вх. от –3В до +3В и снимать значения U_вых в зависимости от U_вх. 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 К_U., результаты записать в таблицу 3.2.

По данным таблицы 3.2 построить семейство передаточных характеристик U_вых=f(U_вх) для различных значений коэффициента отрицательной обратной связи.

3.4.4 К п.3.4.4. Отрегулировать входное напряжение (+) PS–I на напряжение в диапазоне 0,75–0,9 В, измерить U_вых. для различных фиксированных коэффициентов отрицательной обратной связи. Сравнить коэффициенты усиления инвертирующего усилителя экспериментальные и теоретические. Результаты занести в таблицу 3.3.

Таблица 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

 

Таблица 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

3.4.5 к п. 3.3.5 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 U_вых, 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.

Таблица 3.4

f, кГц

Uвых, B

R2-R1

R4-R1

R2-R3

R4-R3

КU

R2-R1

R4-R1

R2-R3

R4-R3

3.4.6 Установить печатную плату ЕВ–121, отрегулировать напряжения PS – 1 и PS – 2 для получения ±12 В.

3.4.7 к п.3.3.7. 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 3.5.

Рисунок 3.2

Таблица 3.5

Резистор	R16	R17	R18	R19
Измеренные значения R, кОм

3.4.8 К п.3.3.8. Изменять U_вх. от –3В до + 3В, снимать значения U_вых в зависимости от U_вх. 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 К_U., результаты записать в таблицу 3.6.

По данным таблицы 3.6 построить семейство передаточных характеристик U_вых=f(U_вх) для различных фиксированных значений коэффициента отрицательной обратной связи.

3.5.9 К п.3.4.9. Отрегулировать входное напряжение PS-I на напряжение в диапазоне (0,8 ÷ 1) В, измерить U_вых. для различных коэффициентов отрицательной обратной связи. Сравнить коэффициенты усиления инвертирующего усилителя экспериментальные и теоретические. Результаты занести в таблицу 3.7.

Таблица 3.6

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

Таблица 3.7

Пара сопротивлений обратной связи		КU=ROC/R1 теоретический	Входное Uвх., В	Выходное Uвых., В	КU= эксперимент
R17	R16
R19	R16
R17	R18
R19	R18

 

3.4.10 К п.3.3.10. 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 U_вых, посчитать коэффициенты усиления и построить амплитудно-частотные характеристики неинвертирующего усилителя по таблице 3.8. Сравнить амплитудно-частотные характеристики для разных значений обратных связей. Сделать выводы.

Таблица 3.8

f, кГц

Uвых, B

R17–R16

R19–R16

R17–R18

R19–R18

КU

R17–R16

R19–R16

R17–R18

R19–R18

3.5 Контрольные вопросы

3.5.1 От чего зависит линейный режим работы ОУ?

3.5.2 Почему операционный усилитель редко используется в качестве усилителя сигналов при разомкнутой обратной связи (ОС), несмотря на большой коэффициент усиления?

3.5.3 В чём состоит различие между коэффициентами усиления при разомкнутой и замкнутой ОС?

3.5.4 Как влияет ОС на входное и выходное сопротивления ОУ?

3.5.5 Какой из усилителей обладает большим входным сопротивлением с К_ос=100; K_ос= 10?

3.5.6 Назовите основные факторы, приводящие к появлению температурного дрейфа ОУ.

3.5.7 Объясните наличие нелинейного участка передаточной характеристики при больших U_BX.

3.5.8 Выведите формулу коэффициента усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителя.

3.5.9 Каково соотношение между входным сопротивлением неинвертирующего и инвертирующего усилителя?

3.5.10 В каких случаях применяется повторитель напряжения?

3.5.11 Что необходимо сделать со схемой неинвертирующего усилителя, чтобы превратить его в повторитель напряжения с коэффициентом усиления ?

 

4 Лабораторная работа. Исследование автоколебательного мультивибратора на ОУ

Цель работы:

-          изучение принципа действия мультивибратора, работающего в автоколебательном режиме.

4.1 Предварительная подготовка

4.1.1 Предварительно по рекомендованной литературе изучить теоретические сведения о мультивибраторе.

4.1.2 Изучить задание к лабораторной работе и методические указания к ней.

4.2 Используемые приборы и элементы

4.2.1 Печатная плата EB-122.

4.2.2 Центральный процессор PU-2000.

4.2.3 Осциллограф.

4.2.4 Цифровой универсальный прибор.

4.3 Задание

4.3.1 Собрать схему автоколебательного мультивибратора.

4.3.2 Измерить амплитуду U_ВЫХ, длительность t_{И ВЫХ}, период следования T_ВЫХ выходных импульсов. Зарисовать временные диаграммы импульсов на выходе U_ВЫХ мультивибратора, на неинвертирующем входе U_ВХ.

4.3.3 Исследовать зависимость параметров выходных импульсов (Т_ВЫХ, U_ВЫХ, t_{И ВЫХ} ) от параметров времязадающей цепи.

4.3.4 Исследовать зависимость параметров выходных импульсов от значения R₁ в цепи положительной обратной связи.

4.3.5 Рассчитать длительность импульсов t_{И ВЫХ}, период повторения Т_ВЫХ и сравнить их с экспериментальными данными.

4.4 Методические указания к выполнению работы

4.4.1 К п. 4.3.1. На плате EB-122 автоколебательный мультивибратор находится в правом верхнем углу. Собрать схему автоколебательного мультивибратора (см. рисунок 4.1).

Рисунок 4.1

Взять R=R₁₂=20кОм, R₁= R₁₃=47кОм.

К п. 4.3.2. Подключить вход 1 осциллографа к выходу мультивибратора. Получить устойчивое изображение выходных прямоугольных импульсов на экране осциллографа. Измерить амплитуду U_ВЫХ, длительность t_{И ВЫХ} и период следования импульсов Т_ВЫХ. Результаты занести в таблицу 4.1 и зарисовать временную диаграмму U_ВЫХ. Переключая первый вход осциллографа к инвертирующему U_ВХ⁺ входу, подключив второй вход к неинвертирующему входу, зарисовать во временном соответствии U_ВХ^¯ и U_ВХ⁺ .

4.4.2 К п. 4.3.3. Повторить эксперимент, подключив: а) R=R₁₁=100кОм; б) R= R₁₁|| R₁₂. Наблюдать зависимости t_{И ВЫХ}, T_ВЫХ и U_ВЫХ от значения R во времязадающей цепи. Результаты занести в таблицу 4.1. Сделать выводы.

4.4.3 К п. 4.3.4. Повторить эксперимент для случая R=R₁₂=20кОм, R₁=R₁₄=100кОм. Наблюдать зависимости t_{И ВЫХ}, T_ВЫХ и U_ВЫХ от значения R₁. Сделать выводы.

4.4.4 К п. 4.3.5. Рассчитать длительность импульсов t_{И ВЫХ}, период повторения T_ВЫХ мультивибратора, частоту следования f и свести их в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

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

4.4.5 К п.4.3.5. Расчет длительности импульсов t_{И ВЫХ}, периода повторения Т_ВЫХ и частоты f произвести по формулам:

t_{И 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);

T_ВЫХ =2 t_{И ВЫХ}; f =1/T_ВЫХ;

R=R₁₁ = 100кОм; R=R₁₂ = 20кОм; R₁₁ R₁₂ = 17кОм;

С₄ = 0,01мкФ; R₉ = 13,4кОм; R₁₀ = 17,5кОм;

R₁ = R₁₃ = 47кОм; R₁=R₁₄=100кОм.

4.5 Контрольные вопросы

4.5.1 Что такое мультивибратор?

4.5.2 Где используется мультивибратор?

4.5.3 Какие элементы схемы мультивибратора определяют временные параметры его выходного сигнала?

4.5.4 Как можно регулировать частоту и скважность импульсной последовательности на выходе мультивибратора?

4.5.5 Выведите формулу длительности выходного импульса.

4.5.6 Чем определяется максимальная амплитуда выходного сигнала?

4.5.7 Покажите цепи заряда и разряда хронирующей емкости.

4.5.8 Почему емкость C₄ называется хронирующей?

4.5.9 Объясните назначение резисторов R₁, R₉, R₁₀.

4.5.10 Как изменится длительность импульса, если изменить R, R₁, R₁₀?

4.5.11 В каких режимах работает операционный усилитель во время формирования импульса и при переключении?

Список литературы

1          Амосов В.В. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств. - СПб., 2007.

2          Аналого-цифровое преобразование./под ред. Е.Б.Володина. - М., 2007.

3          Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. - СПб., 2008.

4          АфонскийА.А. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики.-М., 2009.

5          Ашихмин А.С. Цифровая схемотехника. Шаг за шагом.-М., 2008.

6          Базовые лекции по электронике. Т.1. Электровакумная, плазменная и квантовая электроника/под ред. В.М.Пролейко.-М.: «Техносфера», 2009.

7          Базовые лекции по электронике. Т.2. Твердотельная электроника/под ред. В.М.Пролейко.-М.: «Техносфера», 2009.

8          Баширов С.Р. Современные интегральные усилители.-М., 2008.

9          Баширов С.Р. Современные усилители.-М., 2006.

10         Белоус А.И. Основы схемотехники микроэлектронных устройств.-М.: «Техносфера», 2012

11         Бенда Д. Поиск неисправностей в электрических схемах.-СПб.,2010.

12         Жаңабаев З.Ж. Радиоэлектроника негіздері.-А.: «Қазақ университеті», 2010.

13         Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Интегральные  микросхем.-А.,2007.

14         Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы.-А., 2006.

15         Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Шала өткізгіштігі аспаптар.-А., 2009.

Содержание

Введение                                                                                                 

1 Лабораторная работа. Исследование характеристики выпрямительного диода и стабилитрона                                                             

2 Лабораторная работа. Исследование биполярного и полевого транзистора с управляющим р-n переходом                

3 Лабораторная работа. Исследование инвертирующего и неинвертирующего усилителя 

4 Лабораторная работа. Исследование автоколебательного мультивибратора на ОУ        

Список литературы    

Св. план 2013 г., поз. 146

Самал Бексултановна Абдрешова

ЭЛЕМЕНТЫ И СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ
Методические указания к лабораторным работам
для студентов специальности «5В071600 – Приборостроение»

Редактор Л.Т. Сластихина
Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова

Подписано в печать  ___________
Формат 60х84/16
Тираж 100 экз.
Бумага типографская  № 1
Объем  1,5 уч. изд. л. 
Заказ_____Цена 750 тг.

Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
“Алматинский университет энергетики и связи”
050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126