К выполнению лабораторных работ по курсу

Методические указания

К выполнению лабораторных работ по курсу

„Электроника”

для студентов направления подготовки 6.050202 АУП

(Автоматическое управление технологическими процессами).

Рассмотрено

На заседании кафедры

Электронной техники

Протокол №6 от 26.01.11

Утверждено

На заседании

Учебно-издательского

Совета ДонНТУ.

Донецк – 2011

УДК 621.38 (07)

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ по учебному курсу «Электроника» для студентов специальности специальностей 6,050202 АУП (Автоматическое управление технологическими процессами). / Н.П. Косарев, А.А. Штепа, А.М. Присяжнюк - Донецк: ДонНТУ, 2011. - 29 с.

 

Изложена методика выполнения лабораторных работ, рекомендованных типовой программой курса. Перечислены требования к оформлению отчетов и контрольные вопросы.

 

 

Составители: доцент Н.П. Косарев

ас. А. А. Штепа

студент А.М. Присяжнюк

 

 

Рецензент к.т.н., доцент В. В. Червинский

Содержание

 

	Стр.
Введение...................................................................................................................
Лабораторная работа № 1 - Исследование выпрямителей с активной и активно-емкостной нагрузкой...................................................................................
Лабораторная работа № 2 - Исследование биполярного транзистора..................
Лабораторная работа № 3 – Исследование усилителей на транзисторах........
Лабораторная работа № 4 - Исследование усилителей с обратными связями.....
Лабораторная работа № 5 - Исследование инвертирующего и не инвертирующего усилителей на базе ОУПТ.......................................................................
Лабораторная работа № 6 – Исследование RC-генераторов на базе ОУПТ........
Лабораторная работа № 7 - Исследование логических элементов ТТЛ-типа......
Лабораторная работа № 8 - Исследование триггеров…………………..........
Лабораторная работа № 9 - Исследование мультивибраторов.....................
Лабораторная работа № 10 - Исследование двоичных счётчиков……….....
Список рекомендованной литературы

 

Введение

 

При подготовке к лабораторным работам следует, прежде всего, изучить соответствующий раздел дисциплины «Электроника и микросхемотехника» по рекомендуемой к каждой лабораторной работе литературе. В методических указаниях приводятся характеристики и параметры схем, способы их определения.

Студенту необходимо иметь одну тетрадь по лабораторному практикуму, в которой делаются необходимые заметки, вычерчиваются схемы установки и при выполнении работ записываются экспериментальные данные, а затем обрабатываются данные по заданной программе.

При подготовке к лабораторной работе студент должен четко уяснить назначение и место исследуемого устройства в сложных электрических цепях, цель и порядок проведения экспериментов. Качество подготовки к лабораторным занятиям проверяет преподаватель, опрашивая студентов перед лабораторной работой.

Методики выполнения лабораторных работ и анализа полученных результатов предусматривают решение студентами ряда задач; таким образом, лабораторные работы содержат элементы НИРС.

В процессе выполнения работы подключение установки осуществляется только по разрешению преподавателя или лаборанта. После выполнения эксперимента установка отключается, но не демонстрируется до согласования с преподавателем полученных результатов. При выполнении лабораторной работы требуется неукоснительно соблюдать правила техники безопасности.

По каждой лабораторной работе составляется отчет, основное назначение которого - выработать у студента умение анализировать и правильно оформлять результаты своей работы и делать соответствующие выводы. Содержание отчета указано в каждой лабораторной работе. Студенты защищают отчеты в установленном в лаборатории порядке.

 

Порядок составления отчета о лабораторной работе

 

В процессе подготовки к работе и ее выполнения студент делает ряд записей и заметок в своей черновой тетради. В черновых записях должны быть указаны дата, наименование работы, схемы макетов, перечень приборов, использованных в работе, таблицы и т.д.

Отчет о проделанной работе составляется студентом дома на листах бумаги формата А4. В отчете должны быть указаны дата выполнения работы, фамилия и инициалы исполнителя, название академической группы, тема работы, рабочие схемы, таблицы измеренных и вычисленных величин, начерчены графики, диаграммы, даны ответы на вопросы, указанные в методических указаниях по каждой работе.

Особое внимание необходимо обратить на выполнение графической части. Все схемы и графики вычерчиваются карандашом с помощью чертежных принадлежностей и соблюдением всех стандартных обозначений. Масштаб графиков должен быть удобен для построения и пользования, для чего в одном сантиметре надо брать число измеряемых величин ряда 0,25; 0,5; 1; 2,5; 10 и т.д.

При нанесении точек на чертеже не следует проводить координаты этих точек и обозначать их величины на осях. Иногда на одном графике совмещают несколько кривых, что дает возможность сравнить их. В этом случае, если кривые представляют разнородные функции от одного аргумента, целесообразно провести вспомогательные ординаты с указанием на них выбранного масштаба.

Полученные графики должны быть проанализированы, и результаты анализа в сжатой форме приведены в отчете. Здесь же даются все необходимые расчеты, предусмотренные в работе, и ответы и вопросы, поставленные в методических указаниях по выполнению работы.

Для оценки погрешностей измерений в отчете полезно приводить краткие технические характеристики приборов, применяемых при выполнении работы, с указанием их заводского номера.

 

Лабораторная работа № 1

Исследование выпрямителей с активной и

Активно-емкостной нагрузкой

 

Цель работы - изучить особенности построения схем выпрямителей, принцип их работы, экспериментально определить характеристики и параметры схем выпрямителей.

Выпрямители предназначены для преобразования переменного тока (напряжения) в постоянный. Установка для исследования включает макет, осциллограф, вольтметр и амперметр.

 

Теоретическая часть

 

Режим работы выпрямителя и соотношения между основными параметрами его элементов зависят от характера его нагрузки. Основные параметры выпрямителя: U₀(I₀) - среднее значение выпрямленного напряжения (тока); U₂ -действующее значение напряжение фазы вторичной обмотки трансформатора; U_oбp - обратное напряжение на диоде; I_пp.cp - среднее значение прямого тока в обмотке трансформатора и через диод; I_{пp m} - максимальное значение прямого тока диода; I_пp - действующее значение тока диода; I₂(I₁) - действующее значение тока вторичной (первичной) обмотки трансформатора; n=W₂/ W₁ - коэффициент трансформации; Р₀= U₀×I_o - мощность на выходе выпрямителя; S₁, S₂, S_тp- мощности первичной, вторичной обмоток и типовая мощность трансформатора, В×А; K_п(1) - коэффициент пульсации по первой гармонике; f₍₁₎- частота пульсаций по первой гармонике.

Для расчета выпрямителя, работающего на активно-емкостную нагрузку, наиболее широко используется графо-аналитический метод, позволяющий определить параметры выпрямителя как функции угла отсечки или зависимой от него величины. Методика определения коэффициентов А, В, D, E, F, H, сопротивления фазы r приведена в литературе [2].

 

Порядок выполнения работы

 

1. На макете (см. рис. 1.1) с помощью тумблеров собрать схему мостового выпрямителя с активной нагрузкой.

2. Изменяя R_Н, измерить средние значения напряжения U₀ и тока I₀ нагрузки для построения нагрузочной характеристики выпрямителя.

3. Для значений тока I₀= 0; 10; 30 mА проверить выполнение основных соотношений выпрямителя. С помощью электронного вольтметра измерить действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U₂.

4. С экрана осциллографа зарисовать, осциллограммы напряжений U₂(ωt), I₂(ωt) U_H(ωt) и тока нагрузки I_H(ωt).

5. Собрать схему мостового выпрямителя с активно-емкостной нагрузкой. Осциллограф подключить параллельно резистору R_д для наблюдения формы тока.

6. С помощью резистора R_Н изменять ток нагрузки I₀ в пределах 0-50 mА и выполнить измерения для построения зависимости I₀= Ψ(θ), где θ - угол отсечки выпрямителя.

7. Установить ток I₀ =20mA, с экрана осциллографа зарисовать осциллограммы напряжений U₂(ωt), U_H(ωt), I_ЗАР(ωt), I₂(ωt).

8. Собрать выпрямитель с LC фильтром. С помощью осциллографа измерить амплитуду переменной составляющей напряжения на входе и выходе фильтра и определить коэффициенты пульсаций на входе и выходе LC фильтра, коэффициент фильтрации фильтра.

 

Рис. 1.1 - Выпрямитель с активно-емкостной нагрузкой

 

Содержание отчета

 

1. Схема (см. рис. 1.1), таблицы данных, осциллограммы.

2. Результаты измерений и их теоретическая проверка.

3. Нагрузочные характеристики выпрямителей в одной системе координат.

4. Зависимость I₀= Ψ(θ) и расчет теоретических значений U₀ при I₀ = 0; 10; 30 mА через углы отсечек θ. Сравнение их с экспериментальными значениями, объяснение расхождений.

 

Контрольные вопросы

 

1. Каково назначение диодов в выпрямителях?

2. Объясните причины расхождений экспериментальных и расчетных данных для однополупериодного выпрямителя c активной нагрузкой.

3. Каково основное назначение трансформатора в схеме выпрямителя?

4. С учетом, каких требований производится выбор схемы выпрямителя?

5. Физический смысл среднего и эффективного значения переменного по величине тока.

6. Зависит ли угол отсечки от тона нагрузки в выпрямителях с активно-емкостной нагрузкой?

7. Что характеризует коэффициент пульсации напряжения?

8. Зависит ли коэффициент пульсации напряжения от емкости конденсатора фильтра?

Литература [2, 445-463].

 

Лабораторная работа № 2

Порядок выполнения работы

 

1. Используя универсальный лабораторный макет (см. рис. 2.1) собрать схему для проведения экспериментов (см. рис. 2.2).

2. Выполнить измерения для построения семейства входных вольт-амперных характеристик транзистора с общим эмиттером (ОЭ) для напряжений U_КЭ = 0, -2, -5, -10 В. Ток в цепи базы изменять в пределах 0-200 мкА.

3. Выполнить измерения для построения выходных характеристик транзистора с ОЭ для токов базы 0, 50, 100, 150, 200 мкА. Ток в цепи коллектора изменять в пределах 0-10 мА.

4. По указанию преподавателя установить в схеме точку покоя транзистора и заполнить первую строку табл. 1.1.

5. Поддерживая неизменным напряжение U_КЭ, дать приращение току I_б, снять показания приборов и заполнить вторую строку табл. 1.1.

6. Установить точку покоя, снять по показаниям приборов и заполнить третью строку табл. 1.1

7. Поддерживая неизменным ток базы, дать приращение U_К, снять показания приборов и заполнить четвертую строку табл. 1.1

8. Вычислить h -параметры транзистора.

 

Рис. 2.1 - Лабораторный макет для исследования схем на биполярных

транзисторах

 

Рис. 2.2 – Схема для исследования биполярных полупроводниковых

транзисторов

 

Содержанке отчета

 

1. Схемы, данные эксперимента, построенные по ним семейства входных и выходных вольтамперных характеристик.

2. Определенные по семействам характеристик и по данным проведенных экспериментальных измерений h -параметры транзистора в заданной точке покоя.

 

Таблица 1.1

Номер опыта	Iб, мкА	UБЭ, мВ	IК, мА	UКЭ, В
2(ХХ)
4(КЗ)

 

3. Линейная модель транзистора в системе h-параметров.

 

Контрольные вопросы

 

1. Приведите входные и выходные вольтамперные характеристики транзистора для трех схем включения транзистора с ОБ, ОЭ, ОК.

2. Почему h_21Б < I, h_21Э > I, какова взаимосвязь между ними для заданной точки характеристик транзистора?

3. Для какого режима работы транзистора справедлива линейная модель транзистора?

Литература [2, 71-105; 5, 88-99].

 

Лабораторная работа № 3

Порядок выполнения работы

 

1. Собрать схему для исследования полевого транзистора.

2. Выполнить необходимые измерения для построения выходных характеристик полевого транзистора с общим стоком при U_ЗИ =0; 0,1;0,3; 0,5; 1,0; 2,0; 2,5В.

3. Выполнить необходимые измерения для построения семейства входных характеристик при U_СИ = 5; 10 В.

 

Рис. 3.1 - Лабораторный макет для исследования схем

на полевых транзисторах

 

Содержание отчета

 

1. Цоколевка и паспортные данные испытуемого ПТ, приведенные в справочной литературе [13, 14].

2. Данные измерений и построенные по ним входные и выходные характеристики транзистора.

3. Линейная электрическая модель ПТ и его параметры, рассчитанные в заданной преподавателем точке покоя.

 

Контрольные вопросы

 

1.В чем состоит отличие БПТ от полевого?

2.Существующие разновидности полевых транзисторов и их особенности.

Литература [2, 141-152; 3, 235-251; 5, 79-88].

 

 

Лабораторная работа № 4

Теоретическая часть

 

Электронные усилители – устройства, предназначенные для усиления, подаваемых на их вход сигналов. По роду усиливаемых сигналов они подразделяются на усилители гармонических и усилители импульсных сигналов.

По характеру изменения усиливаемого сигнала во времени они подразделяются на усилители медленно изменяющихся сигналов, которые называются усилителями постоянного тока и усилители переменного тока. Последние подразделяются на усилители низкой частоты, высокой частоты, широкополосные и избирательные.

По назначению они подразделяются на усилители напряжения, тока и мощности. Усилители напряжения обеспечивают на нагрузочном сопротивлении R_н заданную величину выходного напряжения U_вых.

В таком режиме усилитель работает, когда его входное сопротивление R_вх намного больше сопротивления источника входного сигнала R_и (R_вх>>R_и), а сопротивление нагрузки R_н намного больше выходного сопротивления усилителя R_вых (R_н>>R_вых). Это обеспечивает относительно большое изменение напряжения на нагрузке U_н(U_вых) при небольших изменениях токов входной I_вх и выходной I_н(I_вых) цепи.

Основные параметры усилителей: коэффициент усиления по напряжению К_U (); коэффициент усиления по току К_I (); коэффициент усиления по мощности К_р (К_р=Р_ВЫХ/Р_ВХ); входное сопротивление R_ВХ (); выходные сопротивления R_ВЫХ; коэффициент частотных искажений , на нижних частотах () и на верхних (), где соответственно коэффициенты усиления по напряжению на средних, низких и высоких частотах.

К основным характеристикам усилителей относятся передаточная (амплитудная) и амплитудно-частотная характеристика.

В зависимости от используемых в усилителях активных элементов они подразделяются на ламповые, полупроводниковые – на биполярных и полевых транзисторах.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Используя лабораторные макеты, собрать с помощью переключателей исследуемую схему усилителя (ОЭ, ОК, ОБ, ОИ, ОС).

2. Установить Е_К = 10 В и измерить режим работы транзистора по постоянному току.

3. Подключить на вход усилителя звуковой генератор, а на выход -осциллограф.

4. Установить частоту входного сигнала 1000 Гц и экспериментально определить величину входного сигнала, при котором выходной сигнал усилителя еще синусоидальный.

5. На этой частоте выполнить необходимые измерения для определения коэффициентов по току и напряжению, входного и выходного сопротивлений усилителей при различных сопротивлениях нагрузки.

6. Изменяя частоту входного сигнала в пределах 20 Гц-200 кГц, выполнить необходимые измерения для построения амплитудно-частотной характеристики усилителя.

 

Содержание отчета

 

1. Входные и выходные характеристики используемых транзисторов (из отчета предыдущей работы).

2. Расчет параметров транзисторов в рабочей точке.

3. Принципиальные схемы усилителей, их электрические модели и рассчитанные по ним параметры усилителей К_U, К_I, P_ВХ, Р_ВЫХ.

4. Таблица с основными параметрами усилителя, полученными по результатам эксперимента.

5. Частотные характеристики усилителей.

 

Контрольные вопросы

 

1. Каково назначение усилителей напряжения?

2. Каков порядок расчета элементов усилителя?

3. Нелинейные и частотные искажения усилителя.

4. Сделайте сравнительную оценку усилителей с ОЭ, ОК, ОБ, ОИ, ОС.

Литература [2, 258-279; 4; 5, 102-116, 241-248].

 

Лабораторная работа № 5

Теоретическая часть

 

Под обратной связью в усилителях понимается передача сигнала с его выхода на вход. Если передаваемый с выхода сигнал увеличивает входной сигнал, то такая связь называется положительной, а если уменьшает - отрицательной.

Существует обратная связь по току, напряжению и смешанная (комбинированная - по току и напряжению). При обратной связи по току напряжение обратной связи пропорционально току нагрузки усилителя . В обратной связи по напряжению напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению . В смешанной обратной связи пропорционально и току и напряжению в нагрузке.

В зависимости от подключения обратной связи ко входу усилителя различают обратную связь со сложением напряжений и со сложением токов. В первом случае выход обратной связи подключается ко входу усилителя последовательно с источником входного сигнала, а во втором случае - параллельно.

Для оценки фактора обратной связи используется коэффициент передачи звена обратной связи , который определяется по формуле:

 

(5.1)

 

Коэффициент усиления усилителя без обратной связи К и коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью К_ОС, связаны между собой следующим выражением:

 

(5.2)

 

где знак + относится к отрицательной обратной связи (ООС);

знак- относится к положительной обратной связи (ПОС);

– называется фактором обратной связи.

ПОС увеличивает коэффициент усиления К_U, К_I, К_P, но уменьшает частотный диапазон усиливаемых сигналов, ведет к неустойчивости работы усилителя - его возбуждению и поэтому используется для создания на их базе электронных генераторов.

ООС оказывает противоположное действие, и поэтому используются в усилителях для улучшения их параметров и характеристик.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Используя лабораторные макеты (см. рис. 2.1, 3.1), собрать схемы усилителей с ООС по току со сложением напряжений и с ООС по напряжению со сложением напряжений, подключить на вход усилителя звуковой генератор, а на выход - осциллограф.

2. Установить частоту входного сигнала 1000 Гц и выполнить необходимые измерения для определения параметров усилителя с обратной связью. Снять нагрузочную характеристику усилителя.

3. Измерить выходное напряжение цепи обратной связи и определить .

4. Изменяя частоту входного сигнала в пределах 20 Гц - 200 кГц, выполнить необходимые измерения для построения частотных характеристик усилителей с отрицательными обратными связями.

Содержание отчета

 

1. Схемы, параметры и частотные характеристики усилителей с ООС по току со сложением напряжений и по напряжению со сложением напряжений.

2. Параметры усилителя без ОС (из ранее выполненных работ).

3. Теоретически рассчитанные и экспериментально полученные параметры усилителя с обратными связями.

 

Контрольные вопросы

 

1. Виды обратных связей.

2. Как влияют ОС на частотные характеристики усилителя?

3. Как влияют ОС на параметры усилителя?

4. Каково влияние ОС на устойчивость усилителя?

Литература: [5, 62-79, 214-219]

Лабораторная работа № 6

Усилителей на базе ОУПТ

 

Цель работы - изучить принцип работы инвертирующего и не инвертирующего усилителей, построенных на базе операционных УПТ в интегральном исполнении. Экспериментально определить основные характеристики и параметры усилителей.

Для исследования усилителей необходим макет (см. рис. 6.1), источники питания, звуковой генератор, вольтметр и осциллограф. В макете использован ОУПТ серия 140УД1А.

 

Теоретическая часть

 

В зависимости от условий подачи на вход ОУПТ усиливаемого сигнала, а также с учетом подключения внешних компонентов, можно получить инвертирующее, неинвертирующее и дифференциальное включения усилителя. На рис 6.2, 6.3 приведены схемы соответственно неинвертирующего и инвертирующего включения ОУПТ.

Рис. 6.1 - Лабораторный макет для исследования схем на ОУ

 

С учетом того, что ОУПТ близок по своим характеристикам к идеальному усилителю (R_BХ , R_ВЫХ 0, K_U ); коэффициент усиления по напряжению схемы на ОУ определяется только параметрами цепи обратной связи:

- инвертирующее включение:

 

(6.1)

- неинвертирующее включение:

 

(6.2)

Рис. 6.2. - Схема неинвертирующего включения ОУПТ	Рис. 6.3. - Схема инвертирующего включения ОУПТ

Схема сумматора напряжений на инвертирующем ОУ приведена на рис.6.4.

 

Рис. 6.4. - Схема сумматора напряжений на инвертирующем ОУПТ.

 

Выходное напряжение сумматора U_ВЫХ рассчитывается по следующему соотношению:

(6.3)

 

Порядок выполнения работы

 

1. Собрать схему инвертирующего усилителя.

2. Включить источник питания +6 В и -6 В.

3. Установить «нуль» на выходе усилителя с помощью схемы установки нуля и вольтметра, переключенного к выходу усилителя.

4. От звукового генератора подать на вход усилителя напряжение с частотой f = 1кГц при уровне сигнала, соответствующего линейному режиму работы усилителя. Измерить экспериментально коэффициенты усиления усилителя в режиме холостого хода по выходу для двух значений резисторов обратной связи (R_ОС= 8,2 кОм, R_ОС = 8,2 кОм + 33 кОм).

5. Определить экспериментально величину входного сопротивления усилителя с использованием известного добавочного резистора для косвенного определения входного тока.

6. Определить величину выходного сопротивления усилителя.

7. Выполнить измерения для построения амплитудной характеристики усилителя U_ВЫХ = φ(И_ВХ ) при f = 1 кГц. Построить характеристику К = Ψ(U_ВХ).

8. Собрать схему неинвертирующего усилителя и выполнить п. 4, 5, 6.

Содержание отчета

 

1. Схемы исследуемых усилителей.

2. Таблицы данных измерений, формулы и расчеты экспериментальных и теоретических значений К_И, R_ВХ, К_ВЫХ. Сравнение результатов и объяснение расхождений.

3. Амплитудные характеристики усилителей.

4. Представление усилителей стандартными четырехполюсниками.

 

Контрольные вопросы

 

1. Как экспериментально определяются входное и выходное сопротивления ОУ?

2. Каковы назначение и принцип работы установки «нуля»?

3. Для чего применяются цепи коррекции?

4. Начертите схему повторителя на ОУ.

Литература [8, 203-270].

 

Лабораторная работа № 7

Исследование компараторов

 

Цель работы - ознакомиться с принципом построения схем компараторов, экспериментально определить параметры и характеристики, ознакомиться с методикой расчета схем компараторов.

Установка включает макет (см. рис. 7.1), позволяющий с помощью переключателя собрать схему компаратора с обратной связью, а также и без обратной связи, цифровой вольтметр, осциллограф.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Собрать схему компаратора без обратной связи.

2. Изменяя с помощью потенциометра R величину напряжения, подаваемого на I инвертирующий вход компаратора, снять зависимость выходного напряжения от входного, доводя компаратор до режимов насыщения. Определить пороговые уровни «0» и «1» компаратора.

3. Собрать схему компаратора с обратной связью и выполнить измерения в соответствии с п. 2.

Снять характеристику при увеличении входного напряжения от минимального до максимального и наоборот. Установить пороговые уровни «0» и «1», ширину петли гистерезиса.

 

Рис. 7.1 - Схема компаратора

 

4. Установить на 1-м входе компаратора произвольное значение напряжения (порядка ± 0,5 В), измерить его значение, а на 2-й вход подать линейно изменяющееся напряжение или синусоидальное от внешнего генератора, с амплитудой порядка 1,5 В.

Наблюдая с помощью двухканального осциллографа изменяющееся входное и выходное напряжения компаратора, установить величину входного напряжения, при котором происходит срабатывание компаратора. Сравнить его с напряжением на 1-м входе, сделать выводы.

 

Содержание отчета

 

1. Привести принципиальную схему компаратора.

2. Таблица зависимости U_ВЫХ = φ(U_ВХ)и графическое изображение характеристики компаратора без обратной связи.

3. Таблицы зависимости U_ВЫХ = Ψ(U_ВХ)и график характеристики вход-выход с обратной связью.

4. Установить пороговые уровни «нуля» и «единицы» для компаратора без обратной связи и с обратной связью, ширину петли гистерезиса.

5. Привести осциллограммы работы компаратора с источником линейно изменяющегося или синусоидального напряжений при U_ВХ = 0; U_ВХ = +1В; U_ВХ = -1В;

6. Сформулировать основные выводы о работе.

 

Контрольные вопросы

 

1. Объяснить назначение и работу схемы ограничения уровня выходного напряжения.

2. Как изменились бы пороговые уровни, если бы была введена отрицательная обратная связь с таким же фактором?

3. Как изменятся осциллограммы работы компаратора, если синусоидальный сигнал подавать не на вход 2, а на неинвертирующий вход?

Литература [16]

 

Лабораторная работа № 8

Теоретическая часть

 

Генераторы синусоидальных колебаний ГСК – устройства, предназначенные для преобразования энергии источника постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение заданной частоты f.

Электронные генераторы выполняются на базе избирательных усилителей с колебательными LC–контурами или частотно-зависимыми RC–цепями. Усилители выполняются на биполярных и полевых транзисторах, ОУПТ и т.д.

Независимо от схемы и элементной базы реализации генераторов, усилители должны охватываться положительной обратной связью и выполняться следующие два условия, обеспечивающие генерацию синусоидальных колебаний:

 

(8.1)

 

(8.2)

 

где условие (8.1) определяет баланс амплитуд;

условие (8.2) – баланс фаз, в котором к={0,1,2…};

К_У - коэффициент усиления усилителя;

К_ОС - коэффициент обратной связи;

φ_У и φ_ОС - фазовые сдвиги соответственно усилителя и цепочки обратной связи.

Различают генераторы с LC–контурами, в которых усилители охвачены трансформаторной, трехточечной индуктивной или трехточечной емкостной обратными связями.

RC-генераторы строятся на базе RC-цепей с фазовыми сдвигами 0 и 180⁰ на частотах квазирезонанса. К последним, относят многозвенные RC-цепи, двойной Т-образный мост и др.

 

Порядок выполнения работы

 

1. На вход последовательно-параллельной цепочки включить звуковой генератор, выполнить измерения для построения АЧХ. Установить частоту квазирезонанса и определить коэффициент передачи цепи.

 

Рис. 8.1 - Схема RC-генератора на ОУ

 

2. На инвертирующий вход усилителя подключить звуковой генератор и определить минимальный и максимальный коэффициенты усиления ОУ.

3. Собрать схему RC-генератора. Изменяя величину коэффициента усиления усилителя, добиться устойчивой работы генератора. Экспериментально определить коэффициент усиления усилителя.

4. Снять осциллограммы выходного напряжения генератора при минимальном коэффициенте усиления усилителя, при котором схема работает устойчиво и максимально. Определить по осциллографу частоты колебаний.

 

Содержание отчета

 

1. Схема RС-генератора.

2. Таблицы экспериментов, графики АЧХ цепочки, частота квазирезонанса.

3. Результаты измерений частот и коэффициентов усиления усилителя, их теоретический расчет.

 

Контрольные вопросы

 

1.Чему равен коэффициент передачи RC-цепи?

2. Как влияет величина коэффициента усиления усилителя на условие самовозбуждения генератора?

3. Требования, предъявляемые к входному, выходному сопротивлению усилителя RС-генератора?

Литература [4, 322-338].

 

Лабораторная работа № 9

Порядок выполнения работы

 

1. На макете с помощью тумблера подключить базу, транзистора к отдельному регулируемому источнику питания, все резисторы в цепях эмиттера и коллектора транзистора замкнуть с помощью соответствующих тумблеров.

2. Установить максимально возможный ток базы (200 мкА), доведя транзистор до насыщения, и снять выходную характеристику - зависимость тока коллектора в режиме насыщения - I_КЭ от напряжения на коллекторе U_КЭН. Напряжение U_КЭН увеличивать от 0 до U_КЭНmax, при котором ток коллектора не более 30 мА. Снять входную характеристику транзистора в режиме насыщения при U_КЭ = 0.

3. Установить ток базы равным нули, введя транзистор в режим отсечки. Снять зависимость I_{К НАЧ} от напряжения U_КЭ, включить в эмиттер резистор R=1кОм для косвенного измерения тока. Экспериментально измерить параметр h_21Э в окрестности рабочей точки U_КЭ = 5В, I_Б = 10 мкА и рассчитать значение тока I_К. Экспериментально снять входную характеристику в режиме отсечки U_КЭ ≥ 5В.

4. Измерить h -параметры транзистора в активной области в окрестности рабочей точки U_КЭ = 5В, I_Б = 100 мкА.

 

Содержание отчета

 

1. Привести электрическую модель транзисторного ключа в режиме насыщения. Рассчитать параметры модели R_{К НАС}, h_{И НАС ,} e_{О НАС}.

2. Привести электрическую модель транзисторного ключа в режиме отсечки и расчет значения I_К0.

3. Привести электрическую модель ключа в активной области и расчеты параметров модели.

4. Привести принципиальную схему транзисторного ключа.

 

Контрольные вопросы

 

1. Какими импульсами открывается и закрывается транзисторный ключ, собранный на прямом и обратном транзисторе?

2. Какими параметрами отличаются модели в режиме ключа, собранного на кремниевых и германиевых транзисторах?

3. Какой из параметров меньше: h₁₁ или h_{11 НАС}?

4. Как из транзисторного ключа сделать схему ограничителя «сверху», «снизу» и двухстороннего?

Литература [10; 11].

 

Лабораторная работа № 10

Исследование логических элементов ТТЛ-тип а

 

Цель работы - изучить принцип работы транзистор-транзисторных логических элементов (ТТЛ), экспериментально получить их переходные и выходные характеристики и определить основные параметры. Исследование выполнить на базе элемента И-НЕ (К155ЛАЗ).

Установка состоит из лабораторного макета (см. рис. 10.1), цифрового вольтметра и миллиамперметра.

 

Рис. 10.1. Лабораторный макет для исследования ЛЭ

 

Теоретическая часть

 

Основу современных цифровых устройств составляют интегральные логические элементы ЛЭ, одним из которых является элемент “2И-НЕ ”. ЛЭ “2И-НЕ ” представляет собой ключ, имеющий 2 входа, 1 выход и реализующий функцию отрицания логического произведения входных сигналов. Принципиальная схема ТТЛ ЛЭ и его условное графическое обозначение УГО приведены на рис. 10.2. Это универсальный элемент, с помощью которого, в сочетании с логической парой “ИЛИ-НЕ”, возможно построение любой логической системы.

Работа ЛЭ по постоянному току описывается статической передаточной характеристикой (рис.10.3). Работа ЛЭ по переменному току описывается схемой замещения (рис. 10.4). На рис. 10.3 приведены рабочие точки ЛЭ: А₁ в состоянии отсечки – логическая “1”, А₀ – в состоянии насыщения – логический “0”.