Кафедра радиофизики и электроники

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Им. В.И. ВЕРНАДСКОГО

Кафедра радиофизики и электроники

Методические указания

К лабораторным работам по курсу

«Радиоэлектроника»

для студентов 2-3 курсов физического факультета

Дневной формы обучения

направление подготовки 6.040204 –”Прикладная физика”

«бакалавр»

СИМФЕРОПОЛЬ

Рекомендовано к печати научно-методическим советом

Таврического национального университета от________протокол №

 

 

Целью методических указаний является руководство для студентов физического факультета при выполнении лабораторного практикума по курсу «Радиоэлектроника», что поможет закрепить теоретический материал курса и освоить технику и навыки работы с измерительными приборами, изучить схемотехнику основных радиоэлектронных схем, обрабатывать результаты измерений, используя вычислительную технику. В каждой лабораторной работе предложены вопросы для подготовки к ней.

Введение

Настоящие указания включают в себя описания лабораторных работ по курсу «Радиоэлектроника». В практикум включены работы, в которых рассматриваются основные электрические схемы и физические явления в них, что позволит студентам глубже усвоить теоретический материал. Авторы благодарят студентов кафедры радиофизики и электроники Жданову А.А., Дегтярева И.В., Пастухова А.Ю., Марущака Б.А. за помощь в подготовке данных методических указаний.

Единые требования к студентам по подготовке,

Выполнению и отчету по лабораторным работам

1. Студент должен приходить на лабораторные занятия, зная теорию вопроса и имея конспект подготовки в лабораторной тетради.

2. В начале занятия преподаватель проверяет подготовку к лабораторной работе и оценивает ее. Студенты, не знающие теорию вопроса, к выполнению работы не допускаются.

3. В отчете по лабораторной работе должны быть записаны название работы, сформулирована задача, приведены необходимые электрические, структурные схемы, записаны рабочие формулы, перечень используемого оборудования. Все результаты измерений и вычислений должны быть сведены в таблицы.

4. Для проставления зачета по лабораторной работе оформленный отчет предоставляется преподавателю (лаборанту) на следующем занятии, а результаты должны быть защищены. Студент, имеющий две задолженности по лабораторным работам, к выполнению третьей не допускается.

5. Студент, пропустивший занятие по уважительной причине, к следующему занятию готовит дополнительно теорию пропущенной работы. После проверки готовности он получает направление на выполнение пропущенной работы в часы дежурства лаборанта.

6. Прежде, чем приступить к практическому выполнению работы, студент должен ознакомиться с лабораторной базой и правилами пользования измерительными приборами; изучить инструкцию по охране труда, пройти инструктаж по технике безопасности и расписаться в журнале регистрации инструктажей.

Инструкция по охране труда

для студентов, выполняющих лабораторный практикум

По курсу «Радиоэлектроника»

В лабораториях кафедры радиофизики используется электронная аппаратура с сетевым питающим напряжением "~220В", в которой также могут быть напряжения более 1000 В. Эти напряжения опасны для жизни человека. Все лица, работающие в лаборатории, должны пройти инструктаж по охране труда и расписаться в журнале регистрации инструктажей. Ответственным за мероприятия по охране труда в лаборатории является преподаватель, читающий соответствующий курс и лаборант, прикрепленный к данной лаборатории.

I. Требования безопасности перед началом работы

1. Перед началом работы необходимо детально ознакомиться с настоящей инструкцией и инструкциями по эксплуатации измерительных приборов, задействованных в лабораторной работе.

2. Пользоваться только исправными сетевыми розетками и вилками, сетевые провода не должны иметь повреждений изоляции.

3. Все работы по сборке измерительных электрических схем производить только при отключенной сети.

4. Корпуса измерительных приборов, задействованных в лабораторной работе, должны быть заземлены соединением его клеммы " земля " с контуром заземления.

5. При работе с измерительными приборами, источники питания которых имеют высокое напряжение, соблюдать особую осторожность.

II. Требования безопасности во время работы

1. Включение измерительных приборов и лабораторных установок (стендов) в сеть разрешается только после проверки их готовности к работе преподавателем или лаборантом.

2. Включение электрических вилок в сеть необходимо проводить сухими руками, при этом держать вилку за пластмассовый корпус.

3. Запрещается брать оборудование и приборы с других рабочих мест без разрешения преподавателя или лаборанта.

4. Подключение измерительных приборов к контрольным точкам лабораторного стенда делать только одной рукой, при этом другой рукой нельзя держаться за корпус прибора.

5. Обнаружив неисправность в устройствах, находящихся под напряжением (запах гари, дым, посторонние звуки), немедленно отключить их от сети и сообщить об этом преподавателю (лаборанту).

6. Не оставлять без присмотра включенную аппаратуру и не отвлекаться на посторонние дела.

7. Запрещается использовать оборудование не по назначению, а также проводить работы, не предусмотренные заданием.

 

8. При поражении электрическим током, освободить пострадавшего от действия тока, сообщить об этом преподавателю (лаборанту), вызвать врача.

9. Уметь оказывать доврачебную помощь пострадавшим лицам.

III. Требования безопасности по окончании работы

1. Отключить лабораторную установку и измерительные приборы от сети "~220В" и разобрать электрические цепи лабораторной установки.

2. Сдать измерительные приборы и лабораторный стенд лаборанту.

3. Привести в порядок рабочее место.

 

 

Список рекомендуемой литературы

1. Григорьев Е.В., Зуев С.А., Старостенко В.В Компьютерная электроника. – Симферополь: ТНУ, 2007г. – 182 с.

2. Миловзоров О.В. Электроника. – М.: Высшая школа, 2005 г. – 288с.

3. Гершунский Б.С. Основы электроники и микроэлектроники. – К.: Высшая школа, 1989 г. – 423 с.

4. Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника. – М.: Радио и связь, 1983 г. – 320 с.

5. Фрике К. Вводный курс цифровой электроники. – М.: Техносфера, 2004 г. – 432 с.

6. Кушнир Ф.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергатомиздат, 1983 г. – 320 с.

7. Винокуров В.И. Электрорадиоизмерения. – М.: Высшая школа, 1986 г. – 351 с.

 

Лабораторная работа №1

Исследование работы двухтактовых усилителей мощности

Вопросы для подготовки

1. Режимы работы транзистора в усилителях мощности (классы усиления).

2. Однотактный трансформаторный каскад усилителя мощности.

3. Двухтактные трансформаторные каскады в режимах В и АВ.

4. Бестрансформаторные усилители мощности.

5. Усилители мощности с комплементарной парой выходных транзисторов.

6. Фазоинверсные каскады.

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, электронно-лучевой осциллограф, звуковой генератор, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Исследование схемы двухтактного усилителя мощности на комплементарных транзисторах (рис.2).

Подключить звуковой генератор к КТ7, а осциллограф к КТ8. Тумблер SA1 должен быть включен (цепь VD1, VD2 закорочена). Зарисовать форму выходного сигнала в режимах класса В. Обратить внимание на искажения U_Вых. Разомкнуть тумблер, переведя усилитель мощности в режим АВ. Зарисуйте форму выходного сигнала и убедитесь в отсутствии его искажений. Объясните причину этих искажений выходного сигнала.

 

Задание 2. Исследовать схемы двухтактного усилителя мощности на транзисторах одной проводимости (рис.3).

Подключить звуковой генератор к КТ9, а осциллограф к КТ10. Зарисуйте форму выходного сигнала. Переменными резисторами установить режим АВ по минимуму искажений выходного сигнала и его максимальной амплитуде. Зарисуйте осциллограмму. Объясните работу схемы и необходимость применения фазоинвертора.

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №2

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, электронно-лучевой осциллограф, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Измерение параметров выходного напряжения

LC-автогенератора.

Подать на вход осциллографа выходное напряжение снимаемое с КТ9. Зарисовать осциллограмму. При помощи осциллографа измерить частоту выходного сигнала и его амплитуду.

 

 

Задание 2. Измерение коэффициента усиления по напряжению эмиттерного повторителя.

Подключить осциллограф к контрольной точке КТ8 и измерить амплитуду сигнала. Затем подключить осциллограф к КТ9 и измерить выходное напряжение. Вычислить коэффициент усиления. Объясните полученный результат.

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

Лабораторная работа №3

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, двухлучевой осциллограф, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Измерение параметров выходного напряжения

RC-автогенератора.

Подключить вход 1 двухлучевого осциллографа к контрольной точке КТ1. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения. При помощи осциллографа измерить частоту выходного сигнала и его амплитуду. Убедиться, что при вращении потенциометров R₂ , R₄ частота выходного синусоидального напряжения изменяется. Определить f_max и f_min выходного напряжения исследуемого RC-автогенератора.

Задание 2. Измерение фазового сдвига, вносимого одним RC-звеном.

Подключить вход 1 двухлучевого осциллографа к контрольной точке КТ1, а вход 2 к КТ2. Регулировками осциллографа уровнять амплитуды сигналов и совместить их оси. Измерить величину фазового сдвига между сигналами. Аналогично можно измерить разность фаз в точках КТ1 и КТ3. Определить суммарный фазовый сдвиг RC-цепи. Объясните полученные результаты и сделайте выводы.

 

Лабораторная работа №4

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, электронно-лучевой осциллограф, звуковой генератор, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Измерение коэффициента усиления и АЧХ усилителей (рис.2).

Со звукового генератора подать на вход усилителя синусоидальный сигнал. При помощи осциллографа измерить амплитуду входного и выходного напряжений. По формуле К_U = определить коэффициент усиления для двух схем. Объяснить полученные результаты. Не изменяя уровень U_вх, поочередно подавать на вход усилителей сигналы с разной частотой: от 100 Гц до 10 мГц. Значения выходного сигнала для разных частот записать в таблицу

 

fс Гц	10^2	10^3	10^4	10^5	5×10^5	10^6	5×10^6	10^7
Uвх(В)

 

Построить графики, которые являются АЧХ усилителей

Задание 2. Практически исследовать работу схем интегрирования и дифференцирования (рис.3).

Подать со звукового генератора на вход схем прямоугольные импульсы (меандр). Зарисовать полученные на экране осциллографа диаграммы выходных напряжений. Объясните полученные результаты, сделайте выводы.

 

Лабораторная работа №5

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, измеритель АЧХ, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Исследование АЧХ резонансного усилителя (рис. 2).

На лабораторном стенде подключите к измерителю АЧХ резонансный усилитель, SA1 установите в положение 1. Зарисуйте АЧХ для данного положения переключателя, определите полосу пропускания. В положениях 2 и 3 SA1 повторите измерения. Рассчитайте добротности контура для трех положений переключателей. Объясните полученные результаты.

Задание 2. Исследование АЧХ полосового усилителя (рис. 3).

На лабораторном стенде подключить к измерителю АЧХ полосовой усилитель. Переключатель SA2 установить в положение 1, в котором связь между контурами обеспечивается за счет очень малой монтажной емкости C_м. Зарисуйте АЧХ для данного положения SA2 и определите полосу пропускания. Увеличьте связь между контурами, установив переключатель в положение 2, зарисуйте АЧХ и определите полосу пропускания. За счет C_св2 установите сильную связь между контурами (положение 3 SA2). Зарисуйте АЧХ и определите полосу пропускания. Объясните полученные результаты и сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №6

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, электронно-лучевой осциллограф, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Определить по выходному напряжению форму импульса и параметры периодической последовательности импульсов.

Замкнуть переключатели SА1 и SА2, подключить осциллограф к контрольной точке КТ10 и определить форму импульса. Объясните причину искажений фронта импульса. При помощи осциллографа измерьте период, длительность, скважность и амплитуду импульсов. Сравните амплитуду импульсов с напряжением питания, сделайте заключение о режимах работы транзисторов в схеме мультивибратора. Зарисуйте осциллограмму.

Задание 2. Исследовать влияние на форму импульсов диодов VD₁ и VD₂.

Подключить осциллограф к контрольной точке КТ10. Зарисовать временную диаграмму выходной периодической последовательности при замкнутых SA1 и SA2. Обратить внимание на фронт импульсов. Разомкнуть переключатели и зарисовать полученную осциллограмму. Объясните причины изменения фронта выходного напряжения.

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №7

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, электронно-лучевой осциллограф, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Исследование работыавтогенератора на туннельном диоде с включенным резистивным делителем (рис.2).

Переключить ключ SA1 в положение 1. Наблюдая осциллограмму, резистором-регулятором R1 установить рабочую точку автогенератора соответствующую максимальной амплитуде выходного сигнала, определить форму сигнала. Вращая резистор-регулятор R1 убедиться, что автогенератор очень чувствителен к изменению напряжения питания (выбор рабочей точки). По осциллограмме определите частоту и амплитуду выходного сигнала.

 

 

Задание 2. Исследование работы автогенератора на туннельном диоде с диодным делителем (рис.2).

Установить переключатель SA1 в положение 2 и зарисовать осциллограмму выходного напряжения. Вращая резистор-регулятор R1, сделайте выводы по удобству выбора напряжения рабочей точки. Объясните, почему такой вариант схемы целесообразнее использовать, чем вариант с резистивным делителем.

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №8

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Составить таблицы истинности логических элементов и определить их логические функции.

Для определения логической функции элемента 1 на его вход могут быть поданы напряжения высокого уровня при закорачивании ключа SA1 (соответствует подаче на вход логической единицы) и низкого уровеня, когда цепь будет разомкнута (соответствует подаче логического нуля). Свечение светодиода VD1 показывает, что на коллекторе VT1 присутствует высокий уровень напряжения (логическая 1), а если светодиод не светиться, то на коллекторе низкий уровень (логический 0).

 

Учитывая вышеизложенное, подавая на вход логический «0» или «1», составьте таблицу истинности логического элемента 1 и определите его функцию. Аналогично, подавая на входы элементов логические нули или единицы, составьте таблицы истинности для логических элементов 2 и 3 (рис.2), определите логические функции этих элементов.

По результатам работы сделайте выводы.

 

Лабораторная работа №9

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Исследование устойчивых состояний RS-триггера.

При выполнении работы необходимо учесть, что когда транзистор заперт, на коллекторе имеется высокий уровень напряжения (соответствующий логической единице) и светодиод светится. Когда транзистор открыт, на его коллекторе напряжение близко к нулевому (соответствует логическому нулю) и свечение отсутствует. Поочередно нажимая SA1 или SA2, имитируя подачу в базу переключающего импульса, убедитесь, что схема из одного устойчивого состояния переходит в другое (один транзистор открывается, другой – закрывается и наоборот). Убедитесь, что состояния триггера стабильно и устойчиво, т.е. при отпускании кнопки состояние удерживается.

Задание 2. Исследование запрещенного состояния триггера.

Одновременно зажмите SA1 и SA2. После размыкания кнопок фиксируйте, какой из светодиодов работает. Данный эксперимент повторить не менее десяти раз. Убедитесь в неопределенности работы триггера и объясните полученный результат.

По результатам работы сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №10

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, двухлучевой осциллограф, звуковой генератор, источник питания.

Выполнение работы

Задание 1. Установка рабочей точки транзистора.

Подать на вход усилительного каскада синусоидальный сигнал со звукового генератора. Поочередно подключая в измерительную схему усилительные каскады, убедиться в отсутствии искажений выходного напряжения (рис. 4), что свидетельствует о правильном выборе рабочей точки транзистора.

Рис. 4. Формы искаженного выходного сигнала усилителя

Вращением переменного резистора Rб1 добейтесь, чтобы формы U_вх и U_вых отличались (рис. 5) только по амплитуде.

Рис. 5. Формы входного и выходного сигналов усилительного каскада

Задание 2. Измерение коэффициента усиления по напряжению.

При помощи осциллографа измерить амплитуды входного и выходного напряжений. По формуле определите коэффициент усиления для двух схем (рис. 2 и 3).

Задание 3. Измерение АЧХ усилительного каскада.

Не изменяя уровень U_вх, поочередно подавать на вход усилителя сигналы с разной частотой: от 100Гц до 1МГц. Значения выходного сигнала для разных частот занести в таблицу.

 

Fс(Гц)	10^2	10^3	10^4	10^5	3×10^5	5×10^5	10^6
Uвых (В)

 

Постройте график, который является АЧХ усилителя.

Задание 4. Определение фазового сдвига между входным и выходным напряжением.

На экране двухлучевого осциллографа получить диаграммы входного и выходного сигналов (рис. 6).

Рис. 6. Диаграммы входного и выходного сигналов

Измерить разность фаз между сигналами (∆φ).

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №11

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, источник питания с регулируемым выходным напряжением, вольтметр постоянного тока.

Выполнение работы

Задание 1. Измерение коэффициента стабилизации.

Установить переключатель SA1 в положение 1 (R_н1=250 Ом). Подать на вход стабилизатора (рис.2.) от источника питания напряжение 20В. Переменным резистором R₄ установить напряжение стабилизации 15В. Увеличить входное напряжение до 40В. Измерить вольтметром выходное напряжение стабилизатора. По формуле К_ст= определить коэффициент стабилизации.

Задание 2. Исследовать изменение выходного напряжения стабилизатора при изменении R нагрузки в два раза.

Переключатель SA1 должен находиться в положении 1. Подать на вход стабилизатора от источника питания напряжение 20В. Переменным резистором R₄ установить напряжение стабилизации 15В. Установить SA1 в положение 2 (изменив тем самым R_н с 250 до 120 Ом). Измерить вольтметром выходное напряжение стабилизатора. Сравнить величины U_вых полученные при R_н1=250 Ом и R_н2=120 Ом. Объяснить процессы в электронной схеме, приведшие к такому результату.

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

 

Лабораторная работа №12

Приборы и оборудование

Лабораторный стенд, источник питания с регулируемым выходным напряжением, вольтметр постоянного тока, электронно-лучевой осциллограф.

 

Выполнение работы

Задание 1. Измерение коэффициента стабилизации.

Подключить приборы согласно измерительной схеме. На вход стабилизатора подать входное напряжение Uвх=11В и замерить величину тока во входной цепи. Вращением регулятора Rн1 установить на амперметре А2 величину тока в нагрузке Iн=1,5А. Вольтметром постоянного тока V2 измерить выходное напряжение импульсного стабилизатора на нагрузке. Данные измерений внести в таблицу. Источником питания постепенно увеличивать входное напряжение Uвх с шагом 4-6В до величины Uвх=26В, при этом постоянно измерять величину выходного напряжения стабилизатора и величины входного и выходного тока стабилизатора. Все данные измерений внести в таблицу. Определить коэффициент стабилизации по формуле Кст= .

 

U вх
I вх
U вых
I вых

 

Задание 2. Исследовать временные диаграммы работы ключевого транзистора VT3.

Подключить приборы согласно измерительной схеме, а осциллограф к контрольным точкам КТ7 и КТ8. На вход стабилизатора подать напряжение от источника питания U_вх=11В. Проанализировать и зарисовать осциллограмму сигнала снятого с базы ключевого транзистора VT3. Источником питания постепенно увеличивать входное напряжение Uвх с шагом 4-6В доведя его до величины Uвх=20В. При каждом измерении Uвх анализировать и зарисовывать осциллограммы сигналов с КТ7.

 

Проанализировать изменение формы сигнала на КТ7 в зависимости от изменения величины напряжения U_вх. Следует особо обратить внимание на высокочастотные помехи (рис.3). Объясните причину появления помех.

Рис.3.Осциллограмма напряжения на КТ7

Задание 3. Исследовать временные диаграммы работы VT3 при изменении тока нагрузки.

Подключить приборы согласно измерительной схеме, а осциллограф к контрольным точкам КТ7 и КТ8. На вход стабилизатора подать входное напряжение Uвх=16В. Вращением регулятора Rн1 установить на амперметре А2 величину тока в нагрузке Iн=1,5А. Измерить величину тока во входной цепи, значение выходного напряжения стабилизатора и зарисовать осциллограмму напряжения на КТ7. Вращением регулятора Rн1 установить на амперметре А2 величину тока в нагрузке Iн=3А. Зарисовать осциллограмму напряжения на КТ7, измерить значение выходного напряжения стабилизатора и ток во входной цепи.

Проанализировать влияние тока в нагрузке на форму импульсов и изменение выходного напряжения стабилизатора и тока во входной цепи.

Задание 4. Расчет КПД импульсного стабилизатора.

Используя данные полученные при выполнении задания 1 определить КПД импульсного стабилизатора по формуле ƞ= .

Сравните результаты расчетов КПД для компенсационного и импульсного стабилизаторов. Результаты объясните.

По результатам лабораторной работы сделайте выводы.

 

 

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Радиоэлектроника» для студентов 2-3 курсов физического факультета дневной формы обучения, направление подготовки 6.040204 –”Прикладная физика”, «бакалавр»

Составители:	ГригорьевЕвгений Владимирович, доцент кафедры радиофизики и электроники;
АрсеничевСергей Павлович, ассистент кафедры радиофизики и электроники;
Редактор:	Наталья Ананьевна Василенко
Рецензент:

Подписано к печати Формат 60×84 1/16 Бумага тип. ОП

Объем Тираж – заказ. Бесплатно

95007, г. Симферополь, пр. Вернадского, 4

Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Им. В.И. ВЕРНАДСКОГО

кафедра радиофизики и электроники

Методические указания