Исследование rc-генераторов на базе оупт

 

Цель работы - изучить назначение и принцип работы RC-генератора на базе операционного усилителя постоянного тока.

Установка для исследования RC-генератора на базе ОУ включает макет (см. рис. 8.1), источник питания, цифровой вольтметр, генератор синусоидальных колебаний, осциллограф.

 

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

Исследование транзисторных ключей

 

Цель работы - ознакомиться с принципом работы, экспериментально определить параметры ключей, ознакомиться с методикой расчетов и электрическими моделями.

Установка включает макет (см. рис. 2.1), цифровой вольтметр, микроамперметр и миллиамперметр.

 

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”.

– запас помехоустойчивости ЛЭ при передаче “0” и “1”, т.е. допустимая аддитивная амплитуда помехи, не вызывающая ложного срабатывания ЛЭ;

– пороговые напряжения переключения ЛЭ при переходе из “1” в “0” и из “0” в “1” соответственно.

 

а) б)

Рис. 10.2. – Принципиальная схема (а) и УГО на принципиальных

схемах (б) ТТЛ ЛЭ “2И-НЕ” (в режиме инвертора)

 

Рис. 10.3. – Статическая передаточная характеристика

 

Рис. 10.4. – Схема замещения ТТЛ ЛЭ

 

Типовые значения параметров схемы замещения ТТЛ ЛЭ «И-НЕ»:

 

 

Порядок выполнения работы

 

1. Экспериментально определить таблицу истинности логического элемента.

2. Выполнить измерения для построения переходной характеристики логического элемента U_ВЫХ = φ(U_ВХ ), изменяя входное напряжение от 0 до +4 В.

3. Выполнить измерения для построения нагрузочной характеристики логического элемента, используя последовательно включенные резисторы постоянный – 6 кОм и переменный 470 кОм.

4. Измерить уровни логических «0» и «1» и оценить нестабильность уровня «1» в зависимости от ситуаций на входах логического элемента.

5. Измерить входной ток логического элемента при «0» уровне на входе.

 

Содержание отчета

 

1. Принципиальная схема микросхемы К155МЗ, цоколевка и паспортные данные.

2. Схема экспериментальной установки.

3. Переходная характеристика и определение пороговых уровней «0»и «1». Расчет запаса помехоустойчивости при передаче «0» и «1».

4. Нагрузочная характеристика логического элемента и его выходное сопротивление.

5. Таблица истинности логического элемента.

 

Контрольные вопросы

 

1. Логические операции сложения, отрицания.

2. Каковы особенности отличительных участков характеристик логических элементов и чем они определяются?

3. Начертите схемы для определения входного и выходного сопротивлений логического элемента.

Литература [10, 158-183].